Znany również jako głęboki nerw strzałkowy, głęboki nerw strzałkowy jest naczyniem układu nerwowego zlokalizowanym w przedniej, zewnętrznej części podudzia. Wraz z nerwem strzałkowym powierzchownym wyłania się z dużego naczynia zwanego nerwem strzałkowym wspólnym, które z kolei jest odgałęzieniem nerwu piszczelowego, dużego nerwu biegnącego środkiem tylnej strony nogi. Nerw strzałkowy głęboki przechodzi z boku nogi do przedziału przedniego, gdzie komunikuje się z znajdującymi się tutaj mięśniami: piszczelowym przednim, prostownikiem długim palca, prostownikiem krótkim palca i mięśniem strzałkowym tertius. Przekazuje również sygnały czuciowe ze skóry po sąsiednich stronach pierwszego i drugiego palca.
Rozszczepienie nerwu strzałkowego wspólnego na nerw strzałkowy powierzchowny i nerw strzałkowy głęboki następuje wzdłuż dolnej części kolana po zewnętrznej stronie nogi. Mniej więcej na wysokości górnego końca mięśnia strzałkowego długiego kość strzałkowa wspólna kieruje swoją gałąź powierzchowną na zewnątrz nogi przez mięśnie strzałkowe i swoją głęboką pod mięśniem prostownika długiego palców w kierunku środka przedniej części nogi . Głęboki nerw strzałkowy biegnie bezpośrednio wzdłuż przedniej tętnicy piszczelowej i tuż przed błoną międzykostną, cienkim, płaskim więzadłem, które łączy kości strzałkowe i piszczelowe wzdłuż ich długości, przechodząc przez goleń.
Utrzymując się na prawie pionowym przebiegu przez przednią część nogi, głęboki nerw strzałkowy wysyła sygnały ruchowe do mięśni znajdujących się z przodu błony międzykostnej: mięśnia piszczelowego przedniego, prostownika długiego palca, prostownika długiego palucha i mięśnia strzałkowego tercjowego. Są to mięśnie, które zginają grzbietowo stopę lub podnoszą ją w górę w stawie skokowym i rozciągają lub unoszą wszystkie pięć palców. W kierunku dolnego końca głęboki nerw strzałkowy przechodzi poniżej prostownika długiego palucha, zanim przekroczy przednią część kostki i wejdzie do grzbietu, górnej części stopy. Tutaj unerwia mięśnie, które pomagają mięśniom podudzia w wyprostowaniu palców u nóg, prostownik palca brevis i prostownik palucha brevis.
Poza wysyłaniem sygnałów, które wywołują skurcze mięśni, głęboki nerw strzałkowy przekazuje również bodźce czuciowe ze skóry między pierwszym a drugim palcem u nóg, czyli tak zwaną pierwszą przestrzeń sieciową, do ośrodkowego układu nerwowego. Ponieważ naczynia i struktury w przednim przedziale nogi są dość ciasno upakowane, dopływ krwi do nerwu lub samego nerwu może zostać odcięty w stanie znanym jako zespół przedniego przedziału. Ten ucisk lub inne uszkodzenie nerwu może spowodować niezdolność do zgięcia grzbietowego stopy, stan znany jako „opadnięcie stopy”, a także trudności w wyprostowaniu palców lub zmniejszone czucie w przestrzeni między paluchami a drugim palcem.