Găsită în spatele membrului inferior, artera tibială posterioară începe în spatele genunchiului și coboară piciorul spre spatele piciorului. Este o ramură a arterei poplitee și ea însăși se împarte în arterele plantare mediale și laterale în picior, precum și formează o ramură chiar sub genunchi numită artera fibulară sau peroneală. Arterele transportă sângele bogat în oxigen departe de inimă, astfel încât direcția fluxului sanguin în artera tibială posterioară este în jos. Acest vas este însoțit de vena tibială posterioară, care se află în interiorul arterei și transportă sângele înapoi pe picior.
Ca ramură a arterei poplitee, artera tibială posterioară primește sânge din acest vas mai mare, la fel ca și cealaltă ramură a acestuia, artera tibială anterioară, care furnizează partea din față a piciorului inferior. Artera popliteă se împarte în aceste două vase la înălțimea marginii de jos a popliteului, un mușchi care traversează partea din spate a genunchiului. La o mică distanță sub acest punct din apropierea vârfului gambei, artera posterioară eliberează propria sa ramură, artera peroneană, care se înclină spre exteriorul piciorului posterior în spatele osului fibulei.
De aici, artera tibială posterioară coboară membrul din spatele osului tibiei, curbându-se treptat spre interiorul gleznei. Ea traversează articulația din spatele maleolei mediale a tibiei, porțiunea bombată a fundului osului vizibilă de-a lungul interiorului gleznei. Vasul se află între maleola și tendonul lui Ahile. De fapt, un puls din arteră se simte aici. Împreună cu tendoanele tibialului posterior, flexorului lung al degetelor și mușchilor flexor lung al halucelui, precum și vena tibială posterioară și nervul tibial, artera este legată în spatele gleznei de retinaculul flexor, o bandă orizontală de ligament.
După trecerea prin spatele gleznei, artera tibială posterioară se împarte în două artere mai mici ale suprafeței plantare sau a părții inferioare a piciorului: arterele plantare mediale și laterale. Aceasta se întâmplă sub osul calcaneului sau al călcâiului, artera plantară medială îndreptându-se spre degetul mare, iar artera plantară laterală furnizează cele patru degete mai mici. Așa cum artera tibială posterioară aduce sânge dens în oxigen și nutrienți către mușchii și țesuturile piciorului posterior posterior, arterele plantare furnizează cele ale tălpii piciorului.