脊髓灰质是神经元胞体及突起，神经胶质和血管等的复合体。灰质内的神经细胞聚集成群或分布呈层。将脊髓灰质共分为10层，灰质从后向前分为9层，分别用罗马数字Ⅰ-Ⅸ表示，中央管周围灰质为第Ⅹ层。
1、Ⅰ层
又称边缘层，薄而边界不清，呈弧形，与白质相邻，内有粗细不等的纤维束穿过，呈松散的海绵状.故称海绵带。内含大、中、小型神经元，此层在腰骶膨大处最清楚，胸髓处不明显。层内有后角边缘核。接受后根的传入纤维，发出纤维参与组成脊髓丘脑束。
2、Ⅱ层
占据灰质后角头之大部，由大量密集的小型神经元组成，此层几乎不含有髓纤维。此层接受后根外侧部传入纤维的侧支及从脑干下行的纤维，发出纤维主要参与组成背外侧束，在白质中上、下行若干节段，与相邻节段的Ⅰ-Ⅳ层神经元构成突触。
3、Ⅲ层
与Ⅱ层平行，所含神经元胞体略大，形态多样，细胞密度比Ⅱ层略小。该层还含有许多有髓纤维。
4、Ⅳ层
较厚，细胞排列较疏松，其大小形态各异，有小圆形细胞、中等的三角形细胞和大型星形细胞。
5、V层
是一厚层，占据后角颈部，细胞形态大小不一，可分为内侧部和外侧部。内侧部占2/3，与后索有明显的分界。外侧部占1/3，细胞较大，染色明显，位于上下前后纵横交错的纤维束之间，形成所谓的网状结构，接受来自于皮肤、肌肉和内脏传入的细纤维。
6、Ⅵ层
位于后角基底部.在颈膨大和腰骶膨大处最明显，分内、外侧两部。内侧1/3含密集深染的中、小型细胞；外侧2/3细胞疏松，由较大的三角形和星形细胞组成。
7、Ⅶ层
主要位于中间带，向后内侧可延伸至后角基底部。此层含有一些明显的核团，包括胸核、中间内侧核和中间外侧核。此层的外侧部与中脑和小脑之间有广泛的上、下行的纤维联系。
8、Ⅷ层
在脊髓胸段，横跨前角基底部，在颈、腰骶膨大处局限于前角内侧部。此层由大小不同、形态各异的细胞组成，为脊髓固有的中间神经元。接受邻近层的纤维终末、对侧Ⅷ层来的联合纤维终末以及一些下行纤维束的终末。
9、Ⅸ层
为排列复杂的核柱，位于前角的腹侧，由前角运动神经元和中间神经元组成。
10、Ⅹ层
位于中央管周围，包括灰质前、后连合，某些后根的纤维终于此处。