Il talamo si trova in profondità nel cervello nella corteccia cerebrale, adiacente all'ipotalamo. È una struttura simmetrica, situata sulla parte superiore del tronco encefalico e su entrambi i lati della terza corteccia.
Le due metà sono a forma di bulbo e sono lunghe circa 5,5 a 6,0 centimetri nell'adulto medio.
La sua funzione principale è l'elaborazione delle informazioni che vanno da e verso il midollo spinale e il cervello. Regola anche i cicli del sonno, la coscienza e la vigilanza.
Il talamo riceve informazioni da quasi tutti i sistemi sensoriali, a parte il sistema olfattivo, che invia quindi alla relativa area corticale. La ricerca ha rivelato che il talamo non trasmette semplicemente le informazioni, ma svolge anche un ruolo nell'elaborarle, garantendo che le informazioni siano condotte correttamente nelle aree della corteccia primaria.
Il talamo ha anche forti connessioni con la corteccia cerebrale e insieme sono coinvolti nella regolazione della coscienza; il danno al talamo può portare a un coma permanente.
Il talamo svolge anche un ruolo importante nel controllo dei sistemi motori.
