颈外动脉的面动脉等分支与眼动脉之间存在潜在侧支吻合。当颈内动脉严重狭窄或闭塞时，在Willis代偿功能不良情况下，颈外动脉可经过眼动脉逆向血流代偿颅内血供（图18, 19）。眼动脉是脑缺血患者最重要的颅外-颅内动脉间的侧支循环通路。
图18 颈内动脉闭塞时眼动脉侧支循环通路
左侧颈总动脉DSA（颅颈部侧位，图A；颅内后前位，图B）示：左侧颈内动脉起始部闭塞；颞浅动脉前部分支与眶上动脉间形成侧支（白空箭），并经眼动脉（白箭）代偿部分颅内血流；颞浅动脉分支在颅顶部和颅内动脉形成侧支吻合（空黑箭）。
图19 眼动脉-颈动脉-后交通动脉-大脑后动脉侧支循环途径
左侧颈总动脉DSA（颈部后前位，图A）示：左侧颈内动脉起始部闭塞。右侧椎动脉DSA（颅内后前位，图B）示：左侧大脑后动脉P1段闭塞（白箭）。左侧颈总动脉DSA（颅内侧位，图C）示：颈外动脉经血流经眼动脉（空黑箭）-颈动脉（黑箭）-后交通动脉（白箭）通路代偿左侧大脑后动脉闭塞部位以远供血。
脑膜中动脉和颞浅动脉是颈外动脉的较小分支，通常情况下并不发挥侧支循环代偿作用。但在脑动脉严重闭塞病变时，且其他侧支循环代偿途径不足以保证脑供血情况下（如烟雾病），脑膜中动脉（图20）或颞浅动脉（图18）会与软脑膜动脉之间形成侧支吻合，发挥一定的血流代偿功能。
图20 硬脑膜动脉侧支循环通路
颈总动脉DSA（颅颈部侧位；图A：动脉早期，图B：动脉晚期）示：颈内动脉起始部闭塞；动脉早期可见脑膜中动脉显影增粗（空白箭），局部分支增粗迂曲（空白弯箭），大脑后动脉脑膜支亦增粗（空黑箭）；动脉晚期可见上述硬脑膜分支与脑动脉形成侧支循环，局部脑组织造影剂染色。
颈外动脉发出的咽升动脉脑膜支和颈内动脉发出的甲状颈干脑膜支之间有潜在的侧支吻合，这些吻合一般在极端的情况下才会开放。
就解剖学而言，颅外-颅内动脉之间还存在许多其他潜在的侧支吻合，这些吻合对于脑血管畸形的介入栓塞治疗非常重要，但在缺血性脑血管病的侧支循环功能方面并不起多大作用，故不在此处赘述。
