Los axones más pequeños del sistema nervioso central, los axones posganglionares de la parte autónoma del sistema nervioso y algunos axones sensitivos finos asociados con la recepción del dolor son amielínicos.
En el sistema nervioso periférico, cada axón, por lo general con un diámetro inferior a 1 µm, indenta en la superficie de la célula de Schwann de tal modo que está situado en una depresión. Hasta 15 o más axones pueden compartir una única célula de Schwann, cada uno de ellos situado en su propia depresión o en ocasiones compartiendo una depresión. En algunas situaciones, las depresiones son profundas y los axones están incluidos profundamente en las células de Schwann, formando un mesoaxón a partir de la membrana plasmática de la célula de Schwann. Las células de Schwann están situadas muy próximas unas a otras a lo largo de la longitud de los axones y no hay nodos de Ranvier. En las áreas en las que hay sinapsis o en las que se produce transmisión motora, el axón emerge de la depresión de la célula de Schwann durante una corta distancia, exponiendo así la región activa del axón. En el sistema nervioso central las fibras nerviosas amielínicas se trasladan en pequeños grupos y no tienen una relación particular con los oligodendrocitos.
 Microfotografía electrónica de un corte transversal de una fibra nerviosa mielínica y de varias fibras nerviosas amielínicas. |  Unión neuromuscular autónoma entre un axón amielínico y una fibra muscular lisa. |
