Thùy thái dương nằm bên dưới các rãnh bên ở mỗi bên của não. Chức năng rõ ràng nhất của chúng là xử lý thính giác: vỏ não thính giác chính nằm ở hồi thái dương trên và nhận tín hiệu từ tai thông qua đồi thị. Tổn thương ở đây có thể gây ra chứng điếc vỏ não hoặc suy giảm khả năng nhận biết âm thanh.

Thùy thái dương cũng chứa các cấu trúc quan trọng đối với trí nhớ. Vùng hải mã và vỏ não thái dương giữa xung quanh rất cần thiết cho việc hình thành các ký ức tường thuật mới. Tổn thương hai bên gây ra chứng mất trí nhớ thuận chiều nghiêm trọng trong khi vẫn giữ nguyên tương đối các ký ức xa và kỹ năng thực hành.

Các vùng bổ sung hỗ trợ khả năng hiểu ngôn ngữ (vùng Wernicke ở bán cầu não trái), nhận diện vật thể và khuôn mặt, và xử lý sắc thái cảm xúc trong lời nói. Do đó, thùy thái dương tích hợp các chức năng cảm giác, ghi nhớ và ngôn ngữ theo những cách mà chi tiết vẫn đang được nghiên cứu.

• Vỏ não thính giác sơ cấp
• Hệ thống trí nhớ thái dương giữa
• các vùng hiểu ngôn ngữ
• Xử lý đối tượng và khuôn mặt trực quan

Các cơn động kinh bắt nguồn từ thùy thái dương có thể tạo ra các hiện tượng trải nghiệm phức tạp, bao gồm cả ảo giác sống động giống như ký ức.