Dari arteri rahang atas, arteri temporalis dalam posterior bergerak ke atas, melewati antara otot pterigoid eksternal, otot di rahang, dan otot temporal, yang berada di sisi kepala. Di fossa infratemporal (ruang yang terletak di belakang tulang pipi), arteri terpisah menjadi banyak cabang. Fosa infratemporal, selain arteri temporalis dalam, berisi otot temporalis, saraf auriculotemporal, saraf temporal dalam, dan arteri superfisial.
Di fossa, arteri temporalis posterior dalam bergerak ke otot temporal, bersama dengan saraf temporal dalam. Arteri memasok darah ke bagian skuamosa tulang temporal (terletak di bagian atas jika tulang temporal) dan perikranium (penutup luar tengkorak), serta otot temporal. Ini bergabung dengan arteri temporal tengah dan superfisial dan arteri temporal anterior dalam.
