Il muscolo è irrorato dall'arteria otturatoria, ed è innervato dal nervo otturatore interno e gemello superiore che è una branca collaterale del plesso sacrale. Questo nervo esce dal bacino per il grande forame ischiatico ma rientra immediatamente nel piccolo forame ischiatico per raggiungere tale muscolo. Oltre al muscolo otturatore interno, questo nervo si occupa anche della motricità del muscolo gemello superiore.