前庭系统是一组内耳结构，提供平衡感和空间定向。这个系统由内耳迷路内的结构组成，包括耳蜗和两个耳石器官，胞囊和球囊。迷路还包含三个半规管，分别位于不同的平面上、后和水平。

所有这些结构都含有前庭毛细胞，前庭毛细胞是前庭系统的感觉受体。在耳石器官中，毛细胞位于被称为耳石膜的胶状层下，该胶状层含有耳石碳酸钙晶体，使其相对较重。当头部倾斜时，耳石膜移动，毛细胞上的立体纤毛弯曲。

在半规管中，毛细胞的纤毛包含在一个被内淋巴液包围的胶状杯状物中。当头部经历运动，如旋转加速和减速时，液体会移动，弯曲丘脑和其中的纤毛。

与听觉毛细胞类似，向最高纤毛移动会导致机械门控离子通道打开，使细胞去极化，增加神经递质释放。向最短纤毛方向移动会使细胞发生超极化，并比静止时减少神经递质的释放。通过这种方式，头部运动被转换成神经信号。

前庭毛细胞在迷宫结构中的方向不同，迷宫本身的方向也不同，因此可以检测到不同类型和方向的头部运动。这些信息通过前庭神经从迷宫发送到大脑的某些部位，如脑干和小脑，以及某些视神经肌肉。这使得快速的运动反应成为可能，比如前庭眼反射，它在头部运动时调整眼睛的位置以稳定视线。

在大脑中，来自双耳的前庭信息与其它类型的感觉信息（如视觉信息）相结合，以帮助进行空间定位。一些前庭信息通过丘脑发送到大脑皮层，有助于在空间中有意识地感知方位。