El tálamo es el centro fundamental para el procesamiento de la información sensorial procedente de la médula espinal y del tronco del encéfalo, aunque la información visual llega a él de forma directa.
La información olfatoria es una excepción pues alcanza directamente la corteza cerebral, aunque también una parte de ella llega al tálamo.
Los núcleos de relevo sensorial del tálamo constituyen el grupo ventral y cada uno de ellos interviene en el procesamiento de una modalidad sensorial diferente. Estos núcleos envían también de forma específica proyecciones a áreas concretas de la corteza cerebral.
En el caso del sistema visual, las señales llegan al núcleo geniculado lateral que presenta una organización laminar. Sus capas celulares están organizadas en dos sistemas: el magnocelular y el parvocelular. Ambos sistemas proyectan a regiones diferentes de la corteza cerebral.
Los campos receptivos de las neuronas visuales talámicas presentan una organización antagónica similar a las de las células bipolares y ganglionares de la retina.
Las neuronas magnocelulares son sensibles al movimiento de los objetos y contribuyen a la percepción de las características generales del estímulo, mientras que las parvocelulares son responsables del análisis de los detalles finos de la imagen e intervienen en la percepción de la forma y del color.