Die zwei Gleichgewichtssensoren (Gleichgewichtsorgane) des Menschen befinden sich im rechten und linken Innenohr. Sie bestehen aus drei, durch ein Schlauchsystem miteinander verbundenen Bogengängen, die zum Teil mit Flüssigkeit gefüllt sind.

An den inneren Wänden dieser Kanäle sind hochempfindliche Tast- oder Sinneshaare. Jedes einzelne davon ist mit einem Nerv verbunden. Bei jedem noch so kleinen Positionswechsel bewegt sich die Flüssigkeit (Lymphe) in den Bogengängen. Dadurch werden die Sinneshärchen gereizt und leiten die Reize an das Kleinhirn weiter.

Die neben-, bzw. übereinander liegenden Bogengänge befinden sich im knöcherchen Labyrinth des Innenohrs. Diese Bogengänge sind für die Wahrnehmung von Drehbewegungen im Raum verantwortlich. Um dem Kleinhirn ein dreidimensionales Bild der Lage im Raum zu übermitteln, sind sind jeweils drei Bogengänge nötig.

Im Labyrinth des Innenohrs befinden sich außerdem je zwei Schweresinneorgane: Maculautriculi und Macula sacculi. Diese Maculaorgane nehmen lineare Bewegungen wahr. Die Macula utriculi wird durch horizontale-, die Macula sacculi durch vertikale Beschleunigung, die Gravitätsbeschleunigung gereizt.

Die beschriebenen Funktionen des Gleichgewichtsorgans liefern nur Informationen über Haltung und Bewegung des Kopfes. Der Nervus vestibularis, Nerv Nummer VIII von 12 Hirnnervenpaaren (www.ims.uni-stuttgart.de), leitet die Informationen an die Vestibularkerne weiter, wo sie durch Informationen der Muskelrezeptoren ergänzt werden.

Außer dem Gleichgewichtsorgans (Vestibulapparat) sind drei weitere "Instanzen" für den aufrechten Gang und physische Orientierung  nötig:

• die Augen liefern unaufhörlich Informationen zur Position des Körpers, inbesondere zu den Bodenverhältnissen. So kann auf Steigungen, Stufen und Unregelmäßigkeiten in der Oberfläche des Untergrunds reagiert werden.
• mithilfe des räumlichen Gehörs wird die Position des Menschen im Schallfeld und in Beziehung zu anderen Geräuschquellen ermittelt. Das Relief der Ohrmuschel ermöglicht ein sehr exaktes räumliches Hören: nur bis zu 2°  machen die Abweichungen bei der Lokalisierung von Geräuschquellen aus.
• Muskel-, Sehnen- und Gelenkrezeptoren, vor allem im Hals, "beobachten" und regulieren die "Statik" des Körpers. Die Körperhaltung im Ganzen und die Stellung und Spannung der einzelnen Muskeln.

All diese Informationen laufen im Schaltzentrum für die Koordination und Steuerung von Bewegungen, im Kleinhirn, zusammen. Das Kleinhirn ist über den Hirnstamm mit dem Großhirn verbunden.