Di dalam tubuh ada dua arteri temporal yang dalam. Arteri ini disebut arteri temporalis posterior dan anterior. Arteri temporalis anterior dalam dan mitranya terletak di antara pericranium (membran yang menutupi permukaan luar tengkorak) dan otot temporal, yang menyebar keluar di setiap sisi kepala.
Dua arteri temporal yang dalam terhubung dengan arteri temporal tengah, dan menyatukan otot-otot ini dengan darah. Arteri temporalis anterior dalam memiliki cabang-cabang kecil yang melewati tulang zygomatik (pipi), berkomunikasi dengan arteri lakrimal. Arteri ini juga mengalir melalui sayap besar sphenoid, tulang di pangkal tengkorak.
Arteri temporalis profunda bagian dalam merupakan cabang dari arteri maksila. Ini mungkin terpisah dari arteri lain, seperti arteri temporalis posterior dalam, atau digabung, membentuk batang dari arteri maksila. Arteri temporal tengah akan selalu terpisah; namun arteri temporalis anterior dalam dan pasangan posteriornya dapat bergabung dengan suplai darah arteri lain di kepala.
