Fra den maxillære arterie bevæger den bageste dybe temporale arterie sig opad og passerer mellem den ydre pterygoidmuskel, en muskel i kæben og den temporale muskel, der er på siden af hovedet. I den infratemporale fossa (et rum, der ligger bag kindbenet), adskilles arterien i adskillige grene. Den infratemporale fossa, ud over den dybe temporale arterie, indeholder temporalis muskel, auriculotemporal nerve, de dybe temporale nerver og den overfladiske arterie.
I fossa bevæger den bageste dybe temporale arterie sig ind i den temporale muskel sammen med den dybe temporale nerve. Arterien forsyner blod med den skvamøse del af den temporale knogle (placeret øverst hvis den temporale knogle) og pericranium (den ydre dækning af kraniet) såvel som den temporale muskel. Det slutter sig til de midterste og overfladiske temporale arterier og den forreste dybe temporale arterie.
