La funzione del talamo è di regolare il controllo motorio volontario del corpo, la coscienza e il suo ciclo sonno /veglia. Regola anche i sensi della vista, del suono, del gusto, del tatto e il senso di dove il corpo della persona si trova nello spazio. Il talamo decide quali segnali dalle orecchie, dagli occhi, dalla bocca e dalla pelle si trasmettono alla sua area nella corteccia cerebrale. Il talamo non trasmette informazioni sul senso dell'olfatto.
Il talamo può anche essere coinvolto nella regolazione di alcuni tipi di memoria. Il talamo e la corteccia cerebrale operano in un circuito di feedback, specialmente quando si tratta del ciclo sonno /veglia. Il talamo non invia solo segnali alla corteccia, ma la corteccia a sua volta invia segnali al talamo. Il danno a questo sistema può mettere una persona a rischio di un coma irreversibile.
Una condizione ereditaria fa sì che il talamo si degradi nel tempo, portando a insonnia che può rivelarsi fatale. Un ictus che colpisce il talamo può portare a un disturbo in cui il paziente avverte dolore o bruciore su un lato del corpo, accompagnato da cambiamenti di umore.
Il talamo è diviso in due parti di noce. Entrambi si trovano in profondità nel centro del cervello, tra il mesencefalo e la corteccia cerebrale.
