Il nervo oculomotore contiene fibre motorie che innervano i muscoli retti mediale, superiore e inferiore del bulbo oculare, il muscolo obliquo inferiore e il muscolo che solleva la palpebra superiore, nonché fibre autonome che, interrotte nel ganglio ciliare, innervano la muscolatura liscia interna dell'occhio: lo sfintere della pupilla e il muscolo ciliare.