会上升至丘脑腹后外侧核且于此与三级感觉神经元建立突触。之后，三级感觉神经元的轴突会经过内囊后侧伸延至脑回的中后部分或布洛德曼3，1和2分区即体感皮层。特别的是前外侧系统中的疼痛纤维可以脱离原定的路径朝向丘脑腹后外侧核。在这路径，神经的轴突会朝中脑的网状结构伸延。而网状结构将伸延至几个地方，其中包括：海马体（以建立疼痛的记忆）、中央中核即丘脑（以引起痛的散播及非特定的痛）和大脑皮层上多个地方。神经元可伸延至的第四个地方是脑桥中的中脑导管周围灰质。其后，形成中脑导管周围灰质的神经元会伸延至中缝巨胞核，再延回