小脑白质的传入纤维
小脑白质内的传入纤维主要有攀缘纤维和苔藓纤维。攀缘纤维又称攀登纤维，由桥小脑束和前庭小脑束组成，纤维较细，进入小脑皮质后穿过颗粒层，经浦肯野细胞体旁到达树突，失去髓鞘后分为数支攀树突枝而上，与树突棘形成突触。其侧支还与星形细胞、篮状细胞、高尔基细胞形成突触。一根攀缘纤维可与10-15个浦肯野细胞接触。
苔藓纤维是另一类兴奋性传入纤维，其终末在颗粒层形成玫瑰结，与颗粒细胞树突及高尔基细胞轴突终末共同构成小脑小球。苔藓纤维兴奋颗粒细胞，颗粒细胞轴突形成平行纤维，终止于浦肯野细胞树突。攀缘纤维和苔藓纤维均兴奋浦肯野细胞，但攀缘纤维直接作用于浦肯野细胞，苔藓纤维则通过颗粒细胞间接作用。
小脑皮质神经元环路
小脑皮质由外向内分为分子层、浦肯野细胞层和颗粒层。浦肯野细胞是唯一的传出神经元，其轴突止于小脑深部核团。颗粒细胞为兴奋性神经元，其轴突在分子层形成平行纤维，兴奋浦肯野细胞。高尔基细胞、星形细胞和篮状细胞均为抑制性中间神经元，分别抑制颗粒细胞和浦肯野细胞。
攀缘纤维和苔藓纤维兴奋浦肯野细胞，而抑制性中间神经元则限制其兴奋。蓝斑核轴突（去甲肾上腺素能）也投射至小脑皮质。这种兴奋与抑制的平衡是小脑协调运动的基础。
小脑中央核群
小脑中央核群包括顶核、球状核、栓状核和齿状核。顶核位于第四脑室顶，球状核和栓状核合称间位核，齿状核最大，位于白质中靠近蚓部两侧，在最外侧，形似下橄榄核，袋口朝内。齿状核的传出纤维经结合臂到红核和丘脑腹外核，再投射到额叶皮质。
小脑核是小脑的传出神经元，为兴奋性神经元。小脑皮质浦肯野细胞抑制小脑核，而攀缘纤维和苔藓纤维的侧支兴奋小脑核，共同调节小脑的输出。
小脑皮质至小脑核的投射
小脑皮质按纵区投射至不同的小脑核和前庭核：绒球小结叶投射至前庭核，蚓部投射至顶核，半球中间部投射至间位核（球状核和栓状核），半球外侧部投射至齿状核。这种投射规律有助于定位病变。
例如，蚓部病变主要影响顶核，表现为躯干共济失调；半球外侧部病变影响齿状核，表现为肢体共济失调。了解这些投射关系，可在影像上根据病变部位推测可能的症状。
小脑脚与传入纤维
小脑脚包括小脑上脚、小脑中脚和小脑下脚。小脑中脚（脑桥臂）主要由来自大脑皮质经脑桥核换元的脑桥小脑束组成，传递大脑皮质的信息至小脑皮质。小脑下脚（绳状体）包含脊髓小脑束、前庭小脑束等，传递脊髓和前庭的信息。小脑上脚（结合臂）主要传出纤维至红核和丘脑。
三叉神经、前庭耳蜗神经、面神经等也与小脑脚有联系。中央被盖束和橄榄小脑束也经小脑下脚入小脑。这些纤维的损伤可导致相应的共济失调。
