Коленный рефлекс контролируется спинномозговыми нейронами в верхней части спинного мозга, а именно от L2 до L4 корешков спинного мозга. При ударе по коленному сухожилию возбуждаются рецепторы в мышцах бедра, которые передают сигналы через спинной мозг к моторным нейронам и вызывают сокращение четырехглавой мышцы бедра, что приводит к рефлекторной фазе коленного рефлекса.