El cerebelo y los ganglios basales son centros moduladores del control motor. El cerebelo actúa a través de diferentes vías sobre el tronco del encéfalo y la corteza motora para aportar precisión a los movimientos y para corregir los errores que les desvían del curso deseado.
El vestibulocerebelo participa en la modulación de la postura y en el restablecimiento del equilibrio. El espinocerebelo modifica eltono muscular de los músculos distales de las extremidades e interviene en el control de la postura y en la locomoción. El cerebrocerebelo modula los sistemas motores descendentes de la corteza cerebral para la planificación de nuevos movimientos y para que su ejecución sea suave y precisa, fundamentalmente, de los movimientos en los que intervienen múltiples articulaciones y de los movimientos fraccionados de los dedos. Su función fundamental es la programación de secuencias coordinadas de movimientos y su coordinación temporal (inicio y terminación).
Los ganglios basales intervienen en el control motor, principalmente, mediante bucles de retroalimentación entre los diversos componentes y, en conjunto, a través del tálamo, con la corteza de asociación prefrontal y con la corteza motora, de un modo muy especial con el área motora suplementaria. Su influencia moduladora es fundamental en la planificación y en la fase de inicio de los movimientos y parece que de modo especial intervienen en el inicio de los movimientos generados internamente.
La corea de Huntington, caracterizada por un exceso de movimientos incontrolables y rápidos que afectan a gran parte del cuerpo; el balismo, caracterizado por un movimiento de lanzamiento violento e involuntario de las extremidades; o los tics, caracterizados por las contracciones estereotipadas, repetitivas e involuntarias de determinados músculos, parecen deberse a una disminución en la actividad del núcleo subtalámico (NST).
La enfermedad de Parkinson, trastorno hipocinético que se caracteriza por la carencia y el enlentecimiento de los movimientos, la rigidez y los temblores, sobre todo en estado de reposo muscular, se produce por la degeneración de gran parte de las neuronas dopaminérgicas de la sustancia negra.