Sempatik sinir sistemi, merkezi sinir sistemi ve çevresel sinir sisteminden oluşur. Merkezi sinir sistemi; omurilik, beyin korteksi ve alt yapıları içerirken, çevresel sinir sistemi sempatik gangliyonlar, bu gangliyonlar arasındaki dallar ve bu dallardan organlara uzanan sinir liflerinden oluşur. Sempatik gangliyonlar, hücre gövdeleri, uzantıları ve bağ dokusundan meydana gelir. Omuriliğin ön tarafında sıralı bir şekilde bulunurlar ve vücutta 20-25 çift sempatik gangliyon vardır. Bu gangliyonları birbirine bağlayan yapılar, gangliyonlar arası dalları oluşturur ve bu dallarda sinir lifleri bulunur. Sempatik sinir lifleri, atardamar çevresinde ağ oluşturup veya tek başına gangliyondan çıkarak organlara kadar ulaşır ve diğer liflerle birleşerek hedef organa ulaşır. Omuriliğin ön köklerindeki sinir lifleri de gangliyonlarla birlikte merkezi sinir sistemi arasında bağ oluşturur. Bu yapıya rami komunikantes denir.

Vücutta istem dışı görev yapan ve organların çalışmasını otonom sinir sistemiyle birlikte yürüten sempatik sinirler, damarların daraltılmasını ve kan basıncının yükselmesini sağlar. Ancak otonom sinir sisteminin çalışma şekli genellikle sempatik sistemin tam tersi şekilde çalışır. Örneğin, biri kalp atışlarını artırırken, diğeri yavaşlatır. Sempatik sistemin uyardığı böbrek üstü bezindeki medulla bölgesi sayesinde norepinefrin ve epinefrin hormonları salgılanır. Bu hormonlar kalbin hızlanmasını sağlar. Ayrıca tiroit bezinden tiroksin hormonunun salgılanması sayesinde metabolizma hızlanır. Sempatik sinir sisteminin harekete geçmesi, kan basıncının yükselmesiyle olur ve bu durum heyecan, korku ve sevinç gibi duyguların oluşmasıyla gerçekleşir. Bu gelişmeler sonucunda kalp daha hızlı atar ve sindirim yavaşlar. Bu tepkiler sonucunda bedensel ve duygusal baskılar artar ve stres ortaya çıkar.

Sempatik sinir sistemi, aldığı uyarıyla devreye girer ve vücutta olağan dışı tepkilere yol açar. Bu durumda vücut gerilimli bir duruma hazırlanmış olur. Özellikle stres yaşandığında, sempatik sinir sistemi devreye girer ve şu tepkiler oluşur:

Sempatik sinir sistemine gelen uyarının uzun süre devam etmesi halinde, sistem bu durumu kaldırmakta zorlanır. Bu durumda adrenal bezlerde norepinefrin salgısında azalma olabilir veya tamamen durabilir. Bu durumda kişi nefessiz kalma, bayılma ve kendinden geçme gibi tepkiler gösterebilir.