En relación a cualquier movimiento existen procesos de planificación y de programación y de ejecución en todos los cuales, participa el cerebelo. Sin embargo, este órgano regula el movimiento, también la postura, pero indirectamente ya que no tiene conexiones directas con las motoneuronas espinales. Este órgano modifica los programas motores, que son ejecutados a través de los sistemas motores descendentes de origen cerebral, afinando la salida de información (hacia la médula espinal) que se hace por esos sistemas. Por ello, las lesiones del cerebelo producen descoordinación de los movimientos de las extremidades y de los ojos, desequilibrio y disminución del tono muscular.

Se han propuesto algunas hipótesis para explicar el papel del cerebelo. Una de ellas sugiere que él actuaría como un comparador, que compensaría los errores del movimiento.

El cerebelo lateral y los ganglios basales, reciben información desde las zonas de asociación de la corteza cerebral (desde los lóbulos parietal, temporal y occipital) que está relacionada con información sensorial integrada asociada a los programas motores en ejecución. El cerebelo procesa esa información y la información resultante, que es crítica para la planificación de los movimientos y la activación de los sistemas motores involucrados, es enviada a las áreas corticales premotoras y desde allí, a las zonas motoras que son las que las ejecutan los programas motores.

Al ejecutarse los movimientos, se genera información sensorial relacionada con ellos (señales de realimentación) que vuelven al cerebelo, a través del sistema espino-cerebeloso. Al procesarse en el circuito cerebeloso esta información de realimentación se corregirían los errores del movimiento en ejecución.

El principal lugar de procesamiento de la información en el cerebelo parece ubicarse en la corteza cerebelosa, en la células de Purkinje. Esta células reciben información directa a través de la fibras trepadoras (cuyo soma se ubica en el tronco cerebral) e indirecta a través de interneuronas (células granulares y del Golgi). Pero también llegan a corteza cerebelosa las fibras musgosas, que vienen por el tracto espino-cerebeloso. Estos axones se originan de neuronas que se ubican en núcleos del tronco cerebral y en la médula espinal y terminan inervando a las células granulosas. Son los axones de estas células los que inervan a las células de Purkinje. Ello suben a la capa molecular, allí se bifurcan originando las fibras en paralelo que son las que en su trayectoria hacen sinapsis excitatorias sobre las de Purkinje

El efecto de las fibras musgosas (indirecto a través de la células granulosas) puede ser facilitador o inhibidor de la actividad de las células de Purkinje pero en esa modulación también participan las fibras trepadoras. Estas, que inervan el soma y las dendritas de la células de Purkinje, se originan de neuronas ubicadas sólo en el núcleo olivar inferior y son excitadores de las células de Purkinje. Las neuronas del núcleo olivar son inervadas, a su vez, por axones que vienen desde la corteza cerebral y de la médula espinal.