神経原線維は、中枢性か末梢性かを問わず、ほぼ同じ太さである。しかし、原線維の集束である軸索は、その太さが著しく変動する。

神経線維全体としても顕著な太さの差を示し、人間では1～16µの範囲に及ぶ。太い神経線維は概して太い軸索を持つ。知覚神経と運動神経を太さだけで区別することはできないが、知覚神経の方が個々の線維の太さでより大きな変動を示す。Kirsche（1952）によると、運動神経と知覚神経の軸索直径を比較すると、平均的に測定可能な差異が認められるという。

神経線維の太さは、その長さ、起源の位置、使用頻度によって影響を受けるようである（Schiwalbe）。しかし、最も重要なのは、豊富な終末分枝や結合が太さの増加に寄与していることである（Cajal）。興味深いことに、動物の体の大きさと神経線維の太さの間には直接的な相関関係がなく、大型動物でも比較的細い神経線維を持つ傾向がある（Hägguist, Anat. Anz., 96. Bd.）。