椎动脉根据其行程分为4段。第1段(椎前部)从椎动脉发出至进入第6颈椎横突孔前；第2段(横突部)椎动脉走行于上6个颈椎横突孔中；第3段(寰椎部)出第l颈椎横突孔后走行于寰椎动脉沟；第4段(颅内部)经枕骨大孔进入颅腔内的部分。
在影像学上，将椎动脉分为5段。V1(横突孔段)指椎动脉穿经枢椎横突孔后以前的一段；V2(横段)指椎动脉穿出枢椎横突孔之后横行向外侧的一段；V3(寰椎段)指从椎动脉V2段外端弯曲向上，再垂直上行到寰椎横突孔的一段；V4(枕骨大孔段)指自V3段上端开始，水平向内行一小段后，再弯向上垂直上行入枕骨大孔的一段；V5(颅内段)指椎动脉入枕骨大孔后，斜向中线与对侧同名动脉合成基底动脉前的一段。
椎动脉管径两侧不一致，一般左侧椎动脉外径较右侧大。其中，第1段起始处左侧为(4.74±0.85)mm，右侧为(4.50±0．94)mm，入横突孔处左侧为(3．92±0．76)mm，右侧为(3.5l±0.90)mm。第2段左侧为(3.39±0.55)mm，右侧为(3.12±O.51)mm，第3段左侧为(3.63±0.69)mm，右侧为(3.62±0.63)mm。
椎动脉的变异以起始部位的变异最常见，此外，还有椎动脉管径、
目、分支、吻合等的变异，颈部手术中要避免伤及变异的椎动脉。
①起始部位变异：最常见的为左侧椎动脉直接起自左锁骨下动脉与左颈总动脉之间的主动脉弓上，约占正常人群的5％。国外资料显示，左椎动脉起自主动脉弓的比例为2.4％～5.8％；国内也有资料显示，椎动脉起于主动脉弓的比例占3.2％～4.2％。也有从头臂动脉、颈外动脉等部位发出的变异等。
②行程变异：正常约95%进入C6水平横突孔，也有穿C5～C1横突孔的，有穿C4～C1横突孔的，也有上行到C3才穿横突孔或是不穿经横突孔的。
③数目变异：以左侧双椎动脉常见，李敏才发现1例左侧双椎动脉，其中左侧椎动脉由左锁骨下动脉发出后，穿上6个颈椎横突孔，经枕骨大孔入颅腔，而左侧副椎动脉由左锁骨下动脉发出后，行程较短，主要营养脊髓。或左锁骨下动脉发出两条椎动脉，并行一段后，位于后方的椎动脉进入第6颈椎横突孔，位于前方的椎动脉走行于第6颈椎横突前缘，于第6颈椎与第5颈椎间前后两条血管并为一条椎动脉。
④管径变异：有左、右椎动脉的外径相差近一倍或两倍以上。
⑤其他类型的变异：右椎动脉与小脑下前动脉之间有吻合，与基底动脉之间也有吻合。也有右侧椎动脉颅外型窗式变异等。