脑干包括中脑、延髓，以及脑桥三部分，呼吸中枢位于延髓，在大脑的脑干下方，所以呼吸中枢主要位于脑干。此外需要注意，直接支配呼吸肌的运动神经元虽分布于脊髓，但控制呼吸节律性运动的基本中枢却位于延髓。
延髓呼吸中枢分别由吸气神经元构成的吸气中枢，以及呼气神经元构成的呼气中枢所组成，两者的轴突在闩部交叉到对侧，下行支配脊髓呼吸肌运动神经元，通过膈神经，以及肋间神经控制呼吸肌的舒缩活动。吸气中枢兴奋时，冲动下传引起吸气动作。同时通过侧支经抑制性中间神经元，抑制呼气肌运动神经元，使呼气肌舒张，呼气中枢的下传冲动，再引起脊髓呼气肌运动，神经元兴奋的同时，也可能会抑制吸气肌运动神经元的活动。
呼吸肌运动神经元之间这种交互支配关系，会使吸气和呼气动作得以协调顺利进行。延髓呼吸中枢的另一功能特点，是其节律性活动，而这种节律性活动，却正是产生呼吸运动节律性进行的基础。吸气中枢和呼气中枢，前者兴奋产生吸气动作，后者则引起呼气。所以在日常生活中应注意保护头部，若出现外伤，应及时前往医院检查。