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大肠的外源性神经支配来自迷走神经、盆神经及系膜神经。迷走神经是副交感神经纤维，分布于整个胃肠道，直到大肠近段部分。盆神经发自骶髓，发出副交感纤维分布于整个大肠。系膜神经发自椎前神经节，3个椎前神经节发出神经纤维与3支相应的动脉伴行，分布于整个肠道。这些神经是交感神经纤维，为中枢神经系统胸腰椎神经的分支。
在庞大的器官里追踪纤细的神经纤维的分布无疑是非常困难的。解剖学家及生理学家均认为迷走神经分布范围不会超过横结肠中部，而盆神经借盆丛支配剩余的大肠部分。发自盆丛的结肠分支在直肠乙状结肠交界部穿过纵肌层，在肌间隙中分支分布于直肠，向近端沿肌间神经丛分布到横结肠。这些分支具有外源性神经的特征形态，即有神经束膜和专门的血供，称结肠上行神经。肌间神经丛没有神经束膜和独立的血供。从上行神经发出的神经纤维进入到肌间神经丛周围。盆神经的分布区域在一定程度上与迷走神经分布重叠。
肌间神经丛是大肠主要的内源性神经，位于结肠肌层的两层肌肉之间。神经节是神经细胞和神经间质细胞紧密聚集的小结，在肌间隙中规则而均匀地分布，神经节之间由神经节间束相连。肌间神经丛内的神经节的位置靠近结肠带的正下方。神经节和节间束形成一个不规则的多边形空间网络结构，即初级神经丛。初级神经丛内又发出小束构成次级神经丛，次级神经丛形成的空间结构内还有更细的神经纤维形成三级神经丛。
沿大肠由近及远，肌间神经丛中的神经节（和神经细胞）分布密度逐渐下降。这种变化不仅包含了神经节的大小，还包括神经节的分布密度。这种下降的结果是直肠的肌间神经丛神经细胞密度比肠道其他任何部分都低，除食管下括约肌外。
大肠肌间神经丛中还含有Cajal间质细胞，这些细胞分布在神经丛的多边形间隙中，而不在神经节及神经束内。
黏膜下神经节形成的神经丛不同于肌间神经丛。黏膜下神经丛节细胞更小，细胞间距更宽，分布更不规则。神经节与节间束并未形成规则的多边形态，也没有下级分支形成二级、三级神经丛。大肠黏膜下神经丛的节细胞密度明显低于小肠，并向肛门方向逐渐降低。
大肠的黏膜下神经丛包含两层神经节细胞和连接神经束。一层位于黏膜肌层正下方，叫麦氏丛（Meissner's plexus）；另外一层紧邻环肌层表面，称作亨利氏丛（Henle's plexus）。两层神经丛各自形态学特点鲜明，但不能被看作独立的结构，因其有节间神经束将其连成整体。
亨利氏丛在黏膜下发出神经纤维束分布于环肌的内表面，神经束继续分支直到遇上包含一根或两根神经纤维形成的神经束为止。这些细小的神经束并不直接分布到环肌层的表面，而是位于单层的间充质细胞上（Cajal间质细胞）。这些细胞发出长分支，在神经纤维与平滑肌细胞之间纵横交错，形成间隔垫并将两者紧密相连。整个层状结构、间质细胞和神经纤维束被称作黏膜下丛极点，或神经丛外极，其被发现后更多的人称为Stach's丛。Stach's丛是结肠独有的，它与小肠的深肌神经丛非常相似。