Nella regione del collo dall'arteria non si stacca nessun ramo laterale; nel canale carotideo, dà origine ad un piccolo rametto arterioso, il "ramo carotico-timpanico", che irrora la mucosa della cassa del timpano, e all'arteria pterigoidea. Nel tratto intracavernoso, stacca "rami per il seno cavernoso", "rami per il ganglio semilunare di Gasser", "rami ipofisari" (per l'ipofisi e la parte ventrale dell'ipotalamo) e "rami meningei" (per la dura madre della fossa cranica anteriore). Appena fuoriuscita dal seno cavernoso ("tratto intracranico"), stacca il suo secondo ramo laterale che è rappresentato dall'arteria oftalmica destinata al globo oculare che tra i suoi collaterali presenta l'arteria centrale della retina che penetra nel nervo ottico e poi si apre a livello della papilla ottica. Infine, la carotide interna piega medialmente al davanti dei processi clinoidei e si divide nei suoi quattro rami terminali, che sono: