督脈的「督」字，有總督、督領之意。督脈總督全身之陽氣，並與諸陽脈相連。督脈行走於身後，沿脊柱而上，手足六陽經均通過大椎穴與督脈相通，而奇經八脈中的帶脈則起於第十四椎下。
陽維脈與督脈交會於風府、啞門，陽蹺脈也與足三陽經交會，因此督脈又稱為「陽脈之海」。督脈循行於脊椎，並入絡於腦，與腦和脊髓有密切關聯，因「腦為元神之府」，督脈主管神氣活動。
督脈起於小腹內，出於會陰，沿脊柱內部向後行，於骨盆中央。女子的督脈與陰戶相連，止於尿道外端。督脈分出一絡脈，分佈於陰部，會合於會陰，繞過肛門後，分支行於臀部，與足少陰、足太陽經的分支相合。
足少陰經從大腿內後側上行，貫穿脊柱並連屬於腎臟。督脈與足太陽經始於眼內角，向上行至額，交會於巔頂，入絡於腦部，再退出來向下行至頸部，經肩胛內側，挾脊柱到腰部，深入膂並聯絡腎臟。男性的督脈循行於陰莖下，至會陰部，路徑與女性相同。
督脈位於背後脊柱中間，因其統領諸陽氣，故稱「督」，為奇經八脈的主脈，與六陽經有密切聯繫，被稱為「陽脈之海」。
督脈的另一分支從小腹向上，經肚臍中央，經過心臟，入於喉嚨，達下頜部，繞行口唇，連接至兩眼下方的中央部位。
《難經·二十八難》記載：「督脈，起始於脊柱下端的長強穴，沿脊柱內上行至風府穴，進入腦部」。
督脈與腦、脊髓、骨骼密切相關，正如「腎主骨生髓」、「腎藏精，精生髓，髓養骨」、「腦為髓之海」。若督脈瘀阻，腦部供血不足，容易引起中風、腦部疾病、頭昏、眩暈、健忘等症狀。
《素問·骨空論》：「督脈為病，脊強反折……此生病，從少腹上衝心而痛，不得前後，為沖疝；女子不孕，癃、痔、遺溺、咽喉乾。」
《靈樞·經脈》：「督脈之別，名曰長強，挾膂上頂，散於頭頂，經肩胛左右，別走太陽，入於膂。實則脊強，虛則頭重，患處多見於挾脊間。」
由於督脈循行於脊柱、貫通巔頂並入絡於腦部，因此督脈主治脊椎和腦部病症。若督脈脈氣失調，可出現「實則脊強、虛則頭痛」等症。
《脈經》卷二提到：「尺寸俱浮，直上直下，此為督脈，腰背強痛，不得俯仰，大人癲病，小兒風癇。」
此外，督脈的別絡由小腹向上行，如脈氣失調，會引發少腹衝心的沖疝，癃閉、痔疾、遺尿、女子不孕等症。
《針灸大全》中記載的八脈八穴中，「後溪」通於督脈，其主治病症包括：「手足拘攣戰掉眩，中風不語及癲癇，頭痛眼腫淚如雨，背腰腿膝長痛續。項強傷寒不易解，牙痛腮腫喉病難。手足麻木破傷風，盜汗後溪先刺安。」
任脈與督脈相交，上交於唇，下交於會陰。督脈向下經會陰部，在尾骨端與足少陰腎經、足太陽膀胱經的氣脈交會，並貫脊，屬於腎。督脈常與膀胱經一起治療。