La médula espinal representa el nivel más bajo en el sistema jerárquico que regula la actividad motora refleja, los movimientos voluntarios y la postura corporal. Por lo tanto, sus neuronas se han organizado en circuitos que participan en movimientos automáticos, en movimientos estereotipados, en reflejos y en movimientos voluntarios. Estos circuitos pueden funcionar aunque la médula esté desconectada del cerebro, sin embargo, ellos se encuentran jerárquicamente modulados por neuronas del tronco cerebral y del cerebro.

Las motoneuronas de esos circuitos se ubican en las astas anteriores donde se ordenan formando los llamados "pooles" de neuronas motoras, equivalentes a verdaderos núcleos de motoneuronas que se ordenan en columnas longitudinales que pueden ocupar 1 a 4 segmentos medulares. En relación a este tipo de organización se ha definido que se cumplen dos reglas morfo-funcionales:

• la regla próximo-distal: las motoneuronas que inervan a los músculos extensores más proximales, es decir, que están más cerca del eje vertical del cuerpo (músculos del dorso) se ubican, en la médula espinal, más cerca de la línea media.
• la regla flexor-extensor: las motoneuronas que inervan a los músculos extensores se ubican en la médula espinal en una posición más ventral que la que corresponde a las de los músculos extensores.

Pero además de este ordenamiento topográfico, las motoneuronas de la médula presentan interacciones funcionales entre ellas y con interneuronas. Ello permite que se realicen con facilidad movimientos rítmicos y automáticos propios de conductas complejas.. Grupos de esas neuronas se comportan como centro de generación de actividades.

Así se ha propuesto modelos de centros de actividad motora alternante, constituidos por motoneuronas de músculos flexores, otras de músculos extensores e interneuronas. Pero cada centro, está organizado en dos hemicentros, cuya activación provoca efectos antagónicos, de modo que cuando se activa uno se inhibe el otro.

Cuando vienen los impulsos de los centros supraespinales, según sea la naturaleza del programa motor, uno de los hemicentros empieza a predominar. Por ejemplo, si es el de las motoneuronas de los músculos flexores, ellas se activarán a través de interneuronas controladas desde centros supraespinales. Como colaterales de esas interneuronas inhiben a otras interneuronas, que excitan a las motoneuronas de los antagonistas (músculos extensores), se producirá el movimiento, una flexión, que se ve facilitada en ese instante por el bloqueo central del hemicentro extensor.

¿Donde aparece la actividad rítmica? No están aclarados los mecanismos. Se ha propuesto que ese estado excitado de uno de los hemicentros tendría una duración limitada igual que el de inhibición del centro opuesto. Las características del ritmo se ajustarían probablemente por estímulos derivados de centros supraespinales, de acuerdo a las características temporales del programa motor allí generado.