Les estructures oculars i llurs annexos són innervats per diferents tipus de nervis: motors, sensitius i els pertanyents al sistema neurovegetatiu.
Els moviments oculars, deguts a la contracció simultània d’alguns dels músculs extrínsecs, es generen per l’estimulació de diversos nervis cranials. El nervi motor ocular comú o III parell cranial, innerva els músculs rectes intern, inferior i superior, i l’oblic inferior. El nervi patètic o IV parell cranial, l’oblic superior, i el nervi motor ocular extern o VI parell cranial, el recte extern. Els nuclis d’aquests nervis, localitzats al tronc encefàlic, es connecten entre si, com també amb diverses estructures nervioses, de manera que llur acció és coordinada i possibilita d’adreçar l’eix de la mirada en la direcció convenient.
La innervació sensitiva del globus ocular i els seus annexos correspon al nervi trigemin o V parell cranial a través de la primera branca, el nervi oftàlmic, que al seu torn es divideix en tres branques que originen els nervis frontal, lacrimal i nasociliar.
La innervació del sistema neurovegetatiu ve do nada per fibres del sistema simpàtic i fibres del sistema parasimpàtic. Les fibres del sistema simpàtic, procedents del gangli cervical superior, arriben fins al múscul dilatador de la pupil·la. També innerven el múscul tarsal de la parpella. D’altra banda, les fibres del sistema parasimpàtic arriben amb el nervi motor ocular comú fins al globus ocular i innerven el múscul esfínter de la pupil·la.