Периферийной частью вестибулярного аппарата есть три полукружных канала, ориентированы во взаимно перпендикулярных плоскостях, и два мешочка - овальный и круглый. Каналы и мешочки расположены во внутреннем ухе.
Полукружные каналы заполнены эндолимфой. На их внутренней поверхности размещены рецепторные клетки, имеющие волоски, обращенные в полость каналов. Повороты, наклоны и вращения головы приводят к движению эндолимфы и гибки волосков рецепторных клеток. Здесь механическая энергия переходит в электрические импульсы, распространяющиеся по вестибулярном нерва. В мешочках также волосковые клетки, однако они погружены в студенистую массу, содержащую множество кристаллов кальций бикарбоната - отолитов. За изменения положения тела в пространстве под действием гравитационных сил отолиты перемещаются в студенистой массе и раздражают волоски клеток, приводит к возникновению электрических импульсов. Таким образом, полукругом каналы реагируют на повороты и вращения головы, а мешочки - на положение тела в пространстве.
Импульсы от волосковых клеток поступают по вестибулярном нерва через продолговатый мозг в теменную и височную доли коры больших полушарий, а также в мозжечок. Здесь сигналы обрабатываются, причем нервная система сравнивает их с информацией от шейных мышц, других органов чувств.