นิวเคลียสมีหางอยู่ใกล้ศูนย์กลาง (medial) ของสมอง อยู่คร่อมทาลามัส มีอยู่ในซีกทั้งสองของสมอง นิวเคลียสแต่ละตัวมีรูปร่างคล้ายอักษรโรมัน C มีหัวใหญ่ (อังกฤษ: head caput) ด้านหน้า และมีตัว (อังกฤษ: body corpus) กับหาง (อังกฤษ: tail cauda) ที่เล็กลงมาตามลำดับ บางส่วนของนิวเคลียสมีหางบางครั้งเรียกว่า "หัวเข่า" (อังกฤษ: knee genu)[2]

หัวและตัวของนิวเคลียสมีหางรวมกันเป็นปีกหน้าส่วนด้านล่างของ lateral ventricle หลังจากลำตัวที่ยื่นออกไปด้านหลังศีรษะสักระยะหนึ่ง ส่วนหางก็ม้วนกลับมาด้านหน้า กลายเป็นปีกล่างส่วนเพดานของ lateral ventricle ซึ่งหมายความว่าการผ่าแบ่งหน้าหลัง (coronal) ที่ตัดผ่านส่วนหาง ก็ย่อมจะตัดผ่านตัวและหัวของนิวเคลียสมีหางด้วย

นิวเคลียสมีหางมีความสัมพันธ์ทางกายวิภาคกับโครงสร้างอื่นหลายอย่าง คือ มีการแบ่งออกจากนิวเคลียสรูปเลนส์ (lenticular nucleus) (ซึ่งประกอบด้วย globus pallidus และ putamen) โดยปีกด้านหน้าของ internal capsule และเมื่อประกอบพร้อมกับ putamen ก็จะรวมกันเป็น striatum ด้านหลัง