Najczęściej na poziomie szóstego międzyżebrza dzieli się na dwie, rzadziej trzy, gałęzie końcowe.
Gałęzie Tętnica piersiowa wewnętrzna oddaje gałęzie (w kolejności odejścia): Śródpiersiowe (łac. rami mediastinales) – zmienne pod względem wielkości i ilości, unaczyniają twory śródpiersia przedniego. Grasicze (łac. rami thymici) – unaczyniają grasicę. Oskrzelowe (łac. rami bronchiales) – jeśli obecne, unaczyniają dolną część tchawicy oraz oskrzela i zespalają się z gałęziami oskrzelowymi aorty. Tętnicę osierdziowo-przeponową. Żebrową boczną (łac. ramus costalis lateralis) – stosunkowo częsty wariant anatomiczny (u 11–16% osób, z tego w ok. 1/3 przypadków obustronnie). Jeśli obecna, odchodzi na wysokości pierwszej chrząstki żebrowej i na powierzchni wewnętrznej bocznej ściany klatki piersiowej biegnie skośnie ku dołowi oddając gałązki zespalające się z tętnicami międzyżebrowymi. Przebieg gałęzi jest istotny praktycznie przy nakłuwaniu ściany klatki piersiowej. Mostkowe (łac. rami sternales) – 3–9, najczęściej 5, tętniczek, które wspólnie z drugostronnymi tworzą sieć tętniczą tylną mostka. Unaczyniają okostną mostka, błonę tylną mostka oraz okoliczne części miękkie. Często odchodzą wspólnie z gałęziami przeszywającymi. Przeszywające (łac.