大脳半球への血液供給のほとんどは、椎骨脳底動脈系と同様に内頸動脈から供給される。
1.総頸動脈系：内頸動脈と外頸動脈に分けられ、内頸動脈系は前部循環と呼ばれ、大脳半球の前部3/5を供給する主要な血管であり、椎骨動脈と一緒に脳を供給するウィリスリングを形成するため、患者の長期高血圧、糖尿病、高脂血症などの基礎疾患により、内頸動脈は狭窄しやすい。
頸動脈狭窄後、プラークが剥がれ落ち、前方循環虚血を形成する可能性が高く、脳梗塞、半盲、失神、複視、四肢運動障害などを引き起こす。
2.脳底動脈系：後循環と呼ばれる。 脳底動脈は、左右の椎骨動脈が大脳橋の下縁で収束して形成され、その起点は一般に左右の散在神経根の間の脳橋溝の中点に位置し、大脳橋の基底溝を上方に走行し、その背側は大脳橋の基部に、腹側は斜面と平行で約2〜3mm離れている。
脳底動脈の全長は約3cmで、脳底動脈の終点である脳橋溝の中間点まで左右の後大脳動脈に分かれ、左右の運動神経根の間に位置する。 そのため、頸動脈が閉塞した場合、急性発症であれば症状はより重篤となる。
通常であれば、輪を構成する動脈の血流の方向は一定であり、互いに混じり合うことはなく、ある動脈の近位端の血流が遮断され、輪の中の動脈間に圧力差が生じた場合にのみ、脳底動脈輪は側副循環の役割を果たす。