Telinga bagian dalam adalah bagian terdalam dari sistem pendengaran. Di dalamnya terdapat koklea, yang mengubah suara menjadi sinyal, dan organ vestibular, yang merasakan keseimbangan dan gerakan kepala.

Getaran suara yang mencapai telinga bagian dalam menggerakkan cairan koklea. Sel-sel rambut di sepanjang membran basilar mengubah gerakan tersebut menjadi sinyal saraf yang berjalan melalui saraf pendengaran ke otak. Saluran setengah lingkaran dan organ otolit mendeteksi percepatan rotasi dan linier, memberikan informasi yang dibutuhkan untuk keseimbangan dan orientasi spasial. Kedua sistem tersebut memiliki arsitektur membran yang berisi cairan yang sama dan mekanisme transduksi sel rambut yang sama.

Kerusakan pada telinga bagian dalam menyebabkan gangguan pendengaran sensorineural atau gangguan vestibular seperti vertigo. Karena struktur tersebut rapuh dan terbungkus tulang, diagnosis seringkali bergantung pada tes fungsional dan pencitraan daripada pemeriksaan langsung. Implan koklea melewati sel rambut yang rusak dengan merangsang saraf pendengaran secara langsung, mengembalikan sebagian pendengaran pada banyak orang dengan gangguan pendengaran telinga bagian dalam yang parah.

Telinga bagian dalam adalah tempat getaran mekanis berubah menjadi bahasa listrik dari sistem saraf.