Ножки мозга, pedunculi cerebri, хорошо видны на основании мозга в виде двух толстых белых, продольно исчерченных валиков, которые выходят из моста, направляются вперёд, вверх и латерально к правому и левому полушариям. Углубление между правой и левой ножками мозга над верхним краем моста получило название межножковой ямки, fossa interpeduncularis. Дно этой ямки служит местом, где в ткань мозга проникают кровеносные сосуды. После удаления сосудистой оболочки на препаратах мозга в пластинке, образующей дно межножковой ямки, остаётся большое количество мелких отверстий. Поэтому эта пластинка на дне межножковой ямки называется задним продырявленным веществом, substantia perforata posterior. На медиальной поверхности каждой из ножек располагается продольная глазодвигательная борозда, sulcus oculomotorius, из которой выходят корешки глазодвигательного нерва, n. oculomotorius.

Внутреннее строение. На поперечном разрезе среднего мозга в ножке мозга отчётливо выделяется своим тёмным цветом (за счёт содержащегося в нейронах меланина) чёрное вещество, substantia nigra. Оно простирается в ножке мозга от моста до промежуточного мозга. Условно чёрное вещество делит ножку мозга на два отдела: дорсальный – покрышка среднего мозга, tegmentum mesencephali, и вентральный отдел – основание ножи мозга, basis pedunculi cerebri.

Кроме того, на поперечном срезе среднего мозга видна полость, которая представляет собой на протяжении узкий канал длиной около 1,5 см. Этот канал называется водопроводом среднего мозга, aqueductus mesencephali, соединяет полость III желудочка с полостью IV желудочка и содержит спинномозговую жидкость. По своему происхождению водопровод мозга является производным полости среднего мозгового пузыря.

Покрышка среднего мозга простирается от чёрного вещества до уровня водопровода мозга. В покрышке среднего мозга залегают ядра среднего мозга и проходят восходящие проводящие пути. Самым заметным ядром является красное ядро, nucleus ruber, в пределах которого выделяют краниально расположенную мелкоклеточную часть и каудально расположенную крупноклеточную часть. Красное ядро имеет удлинённую форму и простирается от уровня нижних холмиков до таламуса. Своё название это ядро получило в связи с наличием тонкой обильной васкуляризации составляющих его структур. От красных ядер начинается красноядерно-спинномозговой путь и в них заканчивается большая часть волокон верхних мозжечковых ножек.

В покрышке мозга, латерально и кверху от красного ядра, виден пучок волокон, входящих в состав медиальной петли, lemniscus medialis. Нервные волокна, входящие в состав медиальной петли, формируются за счёт так называемых внутренних дугообразных волокон, fibrae arcuatae internae. Последние являются отростками клеток ядер пучков Голля и Бурдаха (пути проприоцептивной чувствительности) и направляются из продолговатого мозга к ядрам таламуса вместе с волокнами общей чувствительности (температурной, болевой), формирующими спиноталамический путь, tractus spinothalamicus.

Кверху и кнутри от медиальной петли располагается ретикулярная формация, formatio reticularis.

Вокруг водопровода среднего мозга расположено центральное серое вещество, substantia grisea centralis, в котором в области дна водопровода находятся ядра двух пар ЧМН. На уровне верхних холмиков, вблизи средней линии, находится парное ядро глазодвигательного нерва, nucleus n. oculomotorii. Кнутри от него локализуется парасимпатическое добавочное ядро глазодвигательного нерва, nucleus oculomotorius accessorius (ядро Якубовича-Эдингера-Вестфаля). Волокна, отходящие от добавочного ядра, иннервируют мышцу, суживающую зрачок и ресничную мышцу. Здесь же находится одно из ядер ретикулярной формации – промежуточное ядро, nucleus interstitialis (ядро Кахаля). Отростки клеток этого ядра участвуют в образовании переднего ретикулоспинального пути и заднего продольного пучка.