La función del tálamo es regular el control motor voluntario del cuerpo, la conciencia y su ciclo de sueño /vigilia. También regula los sentidos de la vista, el sonido, el gusto, el tacto y la sensación de dónde está el cuerpo de la persona en el espacio. El tálamo decide qué señales de los oídos, ojos, boca y piel se transmiten a su área en la corteza cerebral. El tálamo no transmite información sobre el sentido del olfato.
El tálamo también puede estar involucrado en la regulación de algunos tipos de memoria. El tálamo y la corteza cerebral operan en un circuito de retroalimentación, especialmente cuando se trata del ciclo de sueño /vigilia. El tálamo no solo envía señales a la corteza, sino que a su vez envía señales de vuelta al tálamo. El daño a este sistema puede poner a una persona en riesgo de coma irreversible.
Una condición heredada hace que el tálamo se degrade con el tiempo, lo que lleva a un insomnio que puede resultar fatal. Un derrame cerebral que afecta el tálamo puede provocar un trastorno en el que el paciente siente dolor o ardor en un lado del cuerpo, acompañado de cambios en el estado de ánimo.
El tálamo se divide en dos partes del tamaño de una nuez. Ambos se encuentran en lo profundo del centro del cerebro, entre el cerebro medio y la corteza cerebral.