Fra den maxillære arterien beveger den bakre dype temporal arterien seg oppover og passerer mellom den ytre pterygoidmuskelen, en muskel i kjeven og den temporale muskelen, som er på siden av hodet. I den infratemporale fossaen (et rom som ligger bak kinnbenet), skilles arterien i mange grener. Den infratemporale fossaen, i tillegg til den dype temporale arterien, inneholder temporalis-muskelen, auriculotemporal nerve, de dype temporale nervene og den overfladiske arterien.
I fossa beveger den bakre dype temporal arterien seg inn i den temporale muskelen, sammen med den dype temporale nerven. Arterien tilfører blod til den plateepitel av det temporale beinet (plassert øverst hvis det temporale beinet) og perikraniet (det ytre dekket av skallen), samt den temporale muskelen. Det forbinder med de midterste og overfladiske temporale arteriene og den fremre dype temporal arterien.
