Le fibre iniziali scorrono dietro all'acquedotto di Silvio, si incrociano ed escono dorsalmente dal tronco cerebrale sotto il mesencefalo. Esso scorre poi lungo il margine superiore del ponte cerebellare e di fronte al "crus cerebri". Emerge tra l'arteria cerebrale posteriore e l'arteria cerebellare superiore e continua con il nervo oculomotore. Passa lateralmente al processo clinoideo posteriore, attraversando la dura madre tra il margine libero e fisso del tentorio e continuando lungo la parete laterale interna del seno cavernoso e riceve anastomosi contenenti fibre sensitive propriocettive dalla branca oftalmica del trigemino. Si dirige obliquamente verso l'alto e, prima di arrivare alla fessura orbitaria superiore, incrocia il nervo oculomotore. Arriva nella cavità orbitaria passando sopra l'anello tendineo e attraversando la fessura orbitaria superiore viene circondato da un manicotto durale. Continua infine sulla linea mediana fino a innervare il muscolo obliquo superiore dell'occhio.