Każdej z tętnic międzyżebrowych tylnych towarzyszą w jej przebiegu żyła międzyżebrowa tylna, nerw międzyżebrowy i naczynie chłonne, tworzące razem z nią powrózek naczyniowo-nerwowy przestrzeni międzyżebrowej. Tętnica leży w obrębie powrózka poniżej żyły, a nad nerwem, na większej części przebiegu będąc osłonięta przez żebro i chroniona w ten sposób przed urazami.
Gałęzie Tętnice międzyżebrowe tylne I i II (od tętnicy międzyżebrowej najwyższej) oddają blisko swojego początku gałęzie grzbietowe (rami dorsales), od których z kolei odchodzą gałęzie rdzeniowe (rami spinales) wchodzące do kanału kręgowego i unaczyniające jego ściany i rdzeń kręgowy, a także gałązki mięśniowe (rami musculares) unaczyniające mięsień prostownik grzbietu.
Każda z tętnic międzyżebrowych tylnych III–XI (od aorty piersiowej) oddaje następujące gałęzie: gałąź grzbietowa (ramus dorsalis) – odchodzi na dolnym brzegu głowy żebra i kieruje się ku tyłowi, oddając gałąź rdzeniową i końcowe gałęzie skórne. Jej gałęzie: gałąź rdzeniowa (ramus spinalis) – wnika do kanał.u kręgowego przez otwór międzykręgowy, a następnie dzieli się na szereg gałązek zaopatrujących rdzeń kręgowy wraz z jego oponami. gałąź skórna boczna (ramus cutaneus lateralis) – biegnie między mięśniem najdłuższym grzbietu a mięśniem biodrowo-żebrowym, które zaopatruje.