L'arco posteriore costituisce circa due quinti della circonferenza completa; termina dietro con il tubercolo posteriore, che rappresenta il residuo del processo spinoso e fornisce l'inserzione ai muscoli retti minori posteriori del capo. Le ridotte dimensioni dell'abbozzo del processo spinoso impediscono le interferenze nei movimenti relativi tra atlante e cranio. La parte posteriore dell'arco presenta sopra e dietro un margine tondeggiante per l'unione della membrana atlo-occipitale posteriore, mentre immediatamente dietro a ciascun processo articolare superiore si trova un canale (il "solco per l'arteria vertebrale"), a volte trasformato in un forame da un leggero spigolo osseo che forma un arco dietro il termine posteriore del processo articolare superiore.