Il nucleo del nervo trocleare è posto nel mesencefalo, vicino ai collicoli inferiori, vicino al piano mediano e in posizione ventrale rispetto all'acquedotto di Silvio. È molto vicino al fascicolo longitudinale mediale ed è in rapporto in alto con il nucleo del nervo oculomotore, con cui è in asse. Le fibre del nervo trocleare si incrociano prima della loro emergenza, che avviene dorsalmente al tronco encefalico cosa unica fra i nervi cranici. Il nucleo del nervo trocleare è composto solamente da una componente motrice somatica.