I neuroni pseudounipolari che si trovano nel ganglio della radice dorsale hanno assoni che partono dalla pelle e terminano nel midollo spinale dorsale, dove salgono o scendono di uno o due livelli vertebrali attraverso il fascio di Lissauer, per poi fare sinapsi con i neuroni secondari nella sostanza gelatinosa di Rolando o nei nuclei del midollo spinale. Questi neuroni secondari sono chiamati cellule del fascio. Gli assoni delle cellule del fascio si incrociano (decussano) dall'altro lato del midollo spinale attraverso la commissura bianca anteriore, e nell'angolo anterolaterale del midollo spinale (da qui il tratto spinotalamico diviene parte del sistema anterolaterale). La decussazione si verifica solitamente 1-2 segmenti sopra il punto di ingresso del nervo spinale. Gli assoni viaggiano per tutta la lunghezza del midollo spinale fino al tronco cerebrale, precisamente al midollo rostrale ventromediale. Procedendo attraverso il tronco encefalico, il fascio si sposta dorsalmente. I neuroni infine fanno sinapsi con i neuroni di terzo ordine in diversi nuclei del talamo, compresi i nuclei dorsale mediale, posteriore ventrale laterale e ventrale posteriore mediale. Da lì, i segnali giungono alla corteccia del cingolo, alla corteccia somatosensoriale primaria, e alla corteccia insulare.