Η δομή του νωτιαίου μυελού είναι παρόμοια σε όλο το μήκος του. Η χαρακτηριστική μορφολογική διαφορά του από τα άλλα μέρη του Κ.Ν.Σ. είναι η, αντίθετη από τη συνήθη, τοπογραφική διάταξη φαιάς και λευκής ουσίας: στο νωτιαίο μυελό, η λευκή ουσία εντοπίζεται στην περιφέρεια και η φαιά ουσία στο εσωτερικό του. Ο νωτιαίος μυελός, όπως ο εγκέφαλος, περιβάλλεται από μήνιγγες.

Σε εγκάρσια τομή, η φαιά ουσία εντοπίζεται κεντρικά, έχει σχήμα πεταλούδας και περιέχει σώματα νευρώνων , νευρογλοιακά κύτταρα και το νευροπίλημα των αποφυάδων τους ( Εικόνα 34 ). Η περιφερικά τοποθετημένη λευκή ουσία , περιέχει νευρικές ίνες και νευρογλοιακά κύτταρα. Το πάχος της αυξάνει προοδευτικά από την ιερή προς την αυχενική μοίρα λόγω της παρουσίας όλο και περισσότερων απαγωγών και προσαγωγών νευρικών ινών ( Εικόνα 34 ).

Στο κέντρο του νωτιαίου μυελού διακρίνεται ο κεντρικός σωλήνας. Στα παιδιά, ο μεγάλος, ευκρινής αυλός του επαλοίφεται από επενδυματικά κύτταρα και περιέχει Ε.Ν.Υ. ( Εικόνα 35 ). Μέχρι την εφηβεία, ο αυλός σιγά-σιγά αποφράσσεται. Στους φυσιολογικούς ενήλικες, ο κεντρικός σωλήνας εμφανίζεται πλήρως αποφραγμένος στο μεγαλύτερο μήκος του και στη θέση του αναγνωρίζονται μικρές ομάδες επενδυματικών κυττάρων ( Εικόνα 36 ).