È un'arteria breve e voluminosa che trae origine dalla prima porzione dell'arteria succlavia e si divide immediatamente nelle arterie: trasversa della scapola, cervicale superficiale, cervicale ascendente e tiroidea inferiore.Thomson e Bean hanno riportato numerose varianti riguardo all'ordine di origine delle quattro arterie dal tronco tireo-cervicale; vi è la possibilità che sia l'arteria cervicale superficiale che l'arteria trasversa della scapola traggano origine direttamente dall'arteria succlavia oppure dal tronco tireo-cervicale. L'arteria trasversa della scapola si porta in basso e lateralmente, passando davanti al muscolo scaleno anteriore, al plesso brachiale ed alla terza parte dell'arteria succlavia, dietro alla clavicola ed al muscolo succlavio, sotto al ventre inferiore del muscolo omo-ioideo, fino a raggiungere il margine superiore della scapola.Attraversa quindi la fossa sovraspinata e, discendendo dietro il collo della scapola, raggiunge la fossa infraspinata. Fornisce sangue ai muscoli delle regioni che attraversa e partecipa alla formazione della rete anastomotica della spalla. L'arteria cervicale superficiale decorre in posizione quasi parallela all'arteria cervicale ascendente: con direzione laterale, attraversa la regione sopraclavicolare e si impegna sotto al muscolo trapezio. Vascolarizza il muscolo trapezio, gli scaleni, il muscolo elevatore della scapola, i linfonodi sopraclavicolari e la rete acromiale. L'arteria cervicale ascendente decorre nella parte anteriore del collo risalendo in alto, medialmente al nervo frenico, appoggiata prima al muscolo scaleno poi ai processi trasversi delle vertebre cervicali. Vascolarizza i muscoli della regione sopraclavicolare, il muscolo lungo della testa ed il muscolo trapezio e mediante rami spinali penetra nel canale vertebrale per irrorare il midollo spinale. L'arteria tiroidea inferiore ha decorso verticale ascendente davanti al margine mediale del muscolo scaleno anteriore, fino all'altezza della cartilagine cricoide; si fa quindi orizzontale passando davanti ai vasi vertebrali e dietro al fascio vasculonervoso del collo a livello del tubercolo della 6° vertebra cervicale; discende, quindi, sul muscolo lungo del collo e raggiunge il polo inferiore del lobo laterale della tiroide dove si divide nei rami terminali ghiandolari inferiore e posteriore, i quali si anastomizzano con l'arteria tiroidea superiore. Contrae rapporti con il nervo laringeo inferiore il quale decorre dietro l'arteria a sinistra, e dietro o davanti a destra. I rami collaterali sono rappresentati dai vasi per i muscoli sottoioidei, lungo del collo, scaleno anteriore e costrittore inferiore della faringe, per la porzione cervicale dell'esofago, per la mucosa e la muscolatura della laringe, per la parte inferiore della faringe e per la trachea.Nel 6% dei casi in cui l'arteria tiroidea inferiore non trae origine dal tronco tireocervicale, è presente invece un'arteria che nasce dall'arteria succlavia o dall'arteria carotide comune.