O sistema vestibular deteta a posição e o movimento da cabeça através do labirinto do ouvido interno, que tem três canais semicirculares e dois órgãos otólitos. Os órgãos otólitos contêm as células ciliadas vestibulares que ficam abaixo da membrana otolítica, que está impregnada de otocónia, cristais de carbonato de cálcio. Quando a cabeça se move de certas maneiras, como inclinar para a frente, esta membrana relativamente pesada se desloca, deslocando os estereocílios no topo das células ciliadas, gerando um sinal neural.Os canais semicirculares também têm células ciliadas vestibulares, mas seus cílios estão cercados por uma cúpula gelatinosa. Os movimentos da cabeça, como as rotações distorcem a cúpula, movendo os cílios. Para todas as células ciliadas vestibulares, o deslocamento em direção ao cílio mais alto aumenta a liberação de neurotransmissores enquanto o deslocamento na direção oposta diminui.Esta informação é então enviada através do nervo vestibular para as áreas inferiores do cérebro, como o tronco cerebral e o cerebelo, para que o olhar e o equilíbrio possam ser ajustados rapidamente para compensar os movimentos da cabeça. Algumas informações vestibulares viajam mais longe para o córtex cerebral onde ajudam na perceção de orientação corporal.