Ở cánh tay trên và gần vai, dây thần kinh giữa phân nhánh ra khỏi đám rối thần kinh cánh tay. Ban đầu nó kéo dài theo chiều dài của cánh tay trên, vì nó chạy song song với động mạch cánh tay. Một phần đường đi của nó bao phủ mặt giữa của cánh tay, gần cả cơ nhị đầu và cơ cánh tay. Đối với một phần lớn của khóa học, dây thần kinh chạy bên cạnh động mạch. Tuy nhiên, cuối cùng nó sẽ vượt qua và đi vào hố lõm của khuỷu tay. Dây thần kinh giữa cũng kéo dài xuống dưới qua cẳng tay, cuối cùng đi qua ống cổ tay khi nó đi vào bàn tay. Vì dây thần kinh rất dài nên nó chứa nhiều nhánh quan trọng. Nó cũng kích hoạt một số cơ dọc theo toàn bộ chiều dài của cánh tay. Cũng do chiều dài của nó, dây thần kinh giữa dễ bị ảnh hưởng bởi một số tình trạng. Chúng bao gồm các tổn thương gây ra liệt dây thần kinh giữa. Nếu dây thần kinh bị cắt đứt hoàn toàn, "bàn tay vuốt" sẽ xảy ra. Hội chứng ống cổ tay của bàn tay cũng có thể do bị nén.