心交感神经的节前神经元位于脊髓胸段(T1～T5)的中间外侧柱，其轴突末梢释放的递质为乙酰胆碱，后者能激活节后神经元膜上的N型胆碱能受体。心交感神经节后神经元位于星状神经节或颈交感神经节内。节后神经元的轴突组成心脏神经丛，支配心脏各个部分，包括窦房结、房室交界、房室束、心房肌和心室肌。
心交感神经对心脏的兴奋性作用是通过节后纤维末梢释放的递质去甲肾上腺素来实现的，它与心肌细胞膜上的β型肾上腺素能受体结合，可导致心率加快，房室交界的传导加快，心肌的收缩能力加强。这些效应分别称为正性变时作用、正性变传导作用和正性变力作用。