Uma constelação ovóide de núcleos situados entre o mesencéfalo e os corpos estriados, formando a parede lateral do 3.° ventrículo, e completamente coberta pelo hemisfério cerebral. A porção proeminente posterior é a pulvinar, e ao lado dela se encontra o corpo geniculado lateral. A superficie medial do tálamo está ligada ao tálamo do lado oposto pela massa intermediária.
Anatomicamente, são reconhecidas seis massas nucleares principais (terminologia de Walker): núcleos da linha média, anteriores, mediais, laterais e posteriores. Os núcleos posteriores incluem a pulvinar e os corpos geniculados medial e lateral.
O tálamo tem funções somáticas, sendo de salientar especialmente as funções sensoriais específicas e de associação. Os núcleos do tálamo ventral estão envolvidos em funções sensoriais somáticas; a porção látero-ventral com a propriocepção inconsciente; a porção póstero-ventral com a extrocepção e a propriocepção conscientes; o corpo geniculado lateral com a visão; o corpo geniculado medial com a audição (e o equilíbrio?), e a pulvinar com a associação auditiva e visual.
As lesões talâmicas são comumente acompanhadas de várias parestesias e hiperestesias, que se acredita serem devidas ao desencadeamento das projeções intradiencefálicas e córtico-talâmicas. A síndrome talâmica consiste na elevação do limiar (isto é, diminuição da sensibilidade) para picadas de alfinete, calor e frio, mas quando a sensação é sentida, ela é desagradável e incômoda (hiperpatia talâmica).