Il sistema nervoso simpatico è uno dei meccanismi attraverso i quali avviene la vasodilatazione. Il midollo spinale regola sia la vasodilatazione che la vasocostrizione. I neuroni che controllano la vasodilatazione vascolare hanno origine nell'ipotalamo. La stimolazione simpatica delle arteriole nel muscolo scheletrico è mediata dall'adrenalina che agisce sui recettori β-adrenergici della muscolatura liscia arteriolare, e viene mediata dal cAMP. Tuttavia, è stato dimostrato che l'eliminazione della stimolazione simpatica gioca poco o nessun ruolo nell'afflusso di ossigeno al muscolo scheletrico, anche ad alti livelli di sforzo, quindi si ritiene che questo metodo di vasodilatazione abbia poca importanza per la fisiologia umana.