El tálamo es un núcleo diencefálico que forma parte de la pared del tercer ventrículo. Este núcleo recibe, procesa y distribuye casi toda la información sensorial y la motora que llega a la corteza. También se le relaciona con la regulación del estado de vigilia y con la del estado emocional.

Su estructura es compleja ya que está formado por numerosos núcleos que se han clasificado en tres grupos: núcleos del sistema reticular del tálamo; núcleos de relevo cortical o extrínsecos y núcleos de asociación o intrínsecos. En forma general, a veces estos núcleos se designan por sus ubicación en el tálamo. Así se habla del núcleo posterolateral ventral de tálamo o del núcleo posteromedial ventral del tálamo, etc..

En la parte reticular del tálamo se encuentran los núcleos de la linea media e intralaminar del tálamo. Ellos reciben axones y colaterales del tracto espino-talámico, del tracto trigémino talámico y del lemnisco medial. Neuronas de esos núcleos envían axones al hipotálamo y a los ganglios basales.

Entre los núcleos de relevo se encuentran: el núcleo posterolateral ventral núcleo posteromedial ventral; el cuerpo o núcleo geniculado medial; el cuerpo o núcleo geniculado lateral; el núcleo semilunar. Todos estos núcleos son considerados como sensoriales ya que reciben axones desde los distintos sistemas sensoriales. Por ejemplo, el geniculado medial recibe información auditiva; el geniculado lateral, información visual.

Las neuronas inervadas por esos axones emiten, a su vez, fibras que alcanzan a la corteza cerebral a las áreas sensoriales primarias.

Pero en los núcleos de relevo también se distinguen los llamados núcleos motores, como el núcleo ventral anterior y el núcleo ventral lateral que reciben fibras desde el globus palidus y el cerebelo, respectivamente, y la proyectan a la corteza cerebral.