心脏受心迷走神经和心交感神经的双重支配，前者使心脏活动抑制，后者使心脏活动增强。
心迷走神经节前纤维的胞体起源于延髓的迷走神经背核和疑核，在心壁内的神经节换元后发出节后纤维支配窦房结、心房肌、房室交界、房室束及其分支。两侧心迷走神经对心脏的作用也有不同之处，如右侧心迷走神经对窦房结的抑制作用占优势，而左侧心迷走神经对房室交界的抑制作用较明显。
心迷走神经的节后纤维末梢释放的神经递质是乙酰胆碱，它所作用于心肌细胞膜上的受体是胆碱能M受体。乙酰胆碱与心肌细胞膜上的M受体结合，通过提高心肌细胞膜对K+通透性及减少Ca2+内流引起心率减慢、心肌收缩能力减弱、房室传导延缓，甚至可出现房室传导阻滞等效应。
乙酰胆碱对心脏的抑制作用主要表现在：①窦房结P细胞动作电位4期自动除极速度减慢及最大舒张电位水平下移（超极化），导致自律性降低，心率减慢；②房室交界的慢反应细胞的静息电位出现超极化及动作电位。0期除极速度和幅度减小，导致兴奋传导减慢以及房室传导阻滞；③心房肌细胞3期复极加速，平台期缩短，Ca2+内流减少，导致心房肌收缩能力减弱。由于心迷走神经很少分布到心室肌，可能不直接影响到心室肌的收缩能力，但由于心房肌的收缩能力减弱，减少心室舒张末期的充盈量（前负荷），从而间接减弱心室肌的收缩能力。
心迷走神经对心脏的抑制作用可被M受体拮抗剂（阿托品等）所阻断。
脊髓胸段（Tl-T5）侧角发出心交感神经节前纤维后，在星状神经节或颈神经节换元，再发出节后纤维组成心上、心中、心下神经支配心脏的各个部分，包括窦房结，心房肌、房室交界、房室束和心室肌。支配窦房结的交感纤维主要来自于右侧的心交感神经，其效应主要是使心率加快；支配房室交界、心房肌和心室肌的交感纤维主要来自于左侧的心交感神经，其效应主要是使房室传导加速和心肌收缩能力增强。
心交感神经的节后纤维末梢释放的神经递质是去甲肾上腺素，它作用于心肌细胞膜上的肾上腺素能β1受体。去甲肾上腺素与心肌细胞膜上的βl受体结合，主要通过提高心肌细胞膜对Ca2+通透性和If电流引起心率加快、心肌收缩力增强及房室传导速度加快等效应。
心交感神经对心脏的兴奋作用表现在：①使窦房结P细胞4期自动除极速度加快，导致自律性升高，心率加快；②房室交界的慢反应细胞动作电位0期除极速度和幅度增大，使兴奋经房室交界的传导过程加速；③心房肌和心室肌动作电位平台期Ca2+内流增加以及肌质网终末池释放Ca2+增加，从而使心肌收缩能力增强。此外，可使心房肌和心室肌舒张期Ca2+的转移增强，即肌质网摄取Ca2+增强，为收缩期贮备更多的Ca2+；还可使三磷酸腺苷（ATP）转变成环一磷酸腺苷（cAMP），后者可促使糖元分解，提供心肌活动所需的能量，故使收缩能力增强。
心交感神经和儿茶酚胺类激素对心脏的兴奋作用可被肾上腺素能β受体拮抗剂（心得安等）所阻断。