Атланто-затылочный сустав (articulatio atlantooccipitalis) парный, комбинируется из мыщелков затылочной кости и суставной поверхности атланта. Формируется эллипсоидный сустав с сагиттальной и фронтальной осями. Вокруг фронтальной оси совершается сгибание и разгибание в объеме 45°, по сагиттальной оси - отведение и приведение в пределах 20-25°. Этот сустав укрепляется парными крыловидными связками (ligg. alaria) (рис. 105, А, Б). Они начинаются от боковых частей зуба II шейного позвонка, расходятся вверх и в стороны под углом 60-80°, прикрепляясь к внутренней поверхности мыщелков затылочной кости. За счет этих связок и удерживается череп на позвоночнике, а I шейный позвонок, зажатый между черепом и II шейным позвонком, выполняет функцию мениска или диска. При разрыве крыловидной связки зуб II позвонка выходит из-под поперечной связки и разрушает спинной и продолговатый мозг. Находящиеся здесь мелкие связки, как-то: связка верхушки зуба (lig. apicis dentis) (от верхушки зуба к переднему краю затылочного отверстия), покровная мембрана (продолжение твердой мозговой оболочки), передняя и задняя атланто-затылочные мембраны (от атланта к нижней поверхности краев затылочного отверстия не выполняют функцию укрепления сустава.
Все пять суставов (атланто-затылочные, парные, атланто-аксиальные боковые, парные, и срединный непарный) можно объединить функционально в единый затылочный сустав (articulatio occipitalis), где движения совершаются по всем осям, т. е. он выполняет функцию шаровидного сустава.