Le système vestibulaire renseigne sur la position et les mouvements de la tête et, par extension, sur l'orientation du corps dans l'espace. Il est essentiel à l'équilibre, à la posture et à la stabilisation du regard.

Les récepteurs se situent dans l'oreille interne : les canaux semi-circulaires détectent l'accélération rotationnelle, et les organes otolithiques détectent l'accélération linéaire et la gravité. Les signaux transitent par le nerf vestibulaire jusqu'aux noyaux du tronc cérébral qui coordonnent les mouvements oculaires, les ajustements posturaux et la perception consciente de l'orientation. Ce système fonctionne en étroite collaboration avec la vision et la proprioception ; un conflit entre ces trois éléments peut provoquer le mal des transports.

Une lésion ou un dysfonctionnement de l'appareil vestibulaire provoque des vertiges, des troubles de l'équilibre et des difficultés à stabiliser le champ visuel lors des mouvements de la tête. La rééducation vestibulaire peut aider le système nerveux à s'adapter à une perte permanente. Ce sens fonctionne en permanence et en grande partie inconsciemment jusqu'à ce qu'un problème survienne.

Savoir où est le haut et détecter un virage soudain dépendent tous deux du sens vestibulaire.