肱动脉的分支有肱深动脉、肱骨滋养动脉、尺侧上副动脉、尺侧下副动脉及肌支等。肱深动脉自肱动脉本干起始部不远处发出，发出部位多在大圆肌下缘处，向后与桡神经伴行走行于桡神经沟内。
肱深动脉分为2个降支和1个升支，升支与旋肱后动脉相吻合，降支与桡、尺侧返动脉相吻合。肱骨滋养动脉在桡神经沟内发自肱深动脉，常在桡神经沟内穿入肱骨。
肱深动脉的终支形成桡侧副动脉参与肘关节动脉网的形成。肱动脉发出的各支在肘部与桡动脉、尺动脉的分支吻合，形成肘关节动脉网。
肱动脉主要的生理作用是在神经支配下进行收缩和舒张，将心脏射出的血液运输到上肢至末梢，供给肱二头肌、肱三头肌、背阔肌等肌群血液，并调控局部血流量和血流阻力，维持管壁内压力恒定。
其分支肱骨滋养动脉可以起到营养肱骨的作用，另外因肱动脉位置较为表浅，还可作为测量血压时的听诊部位。