Il primo sistema sensoriale a diventare completamente operativo: già attivo a sedici settimane di vita intrauterina e completamente mielinizzato alla nascita. Situato nell'orecchio interno, è composto da tre canali semicircolari e due sacchi vestibolari riempiti di fluido, rivestiti di cellule cigliate sensibili al movimento. Fornisce al cervello informazioni sulla direzione, l'angolo e l'estensione di ogni movimento della testa, permettendo gli aggiustamenti muscolari necessari a mantenere l'equilibrio.
Condivide con il sistema uditivo la stessa cavità e lo stesso nervo cranico, per cui i due sistemi si influenzano reciprocamente: un'alterazione vestibolare può ripercuotersi sull'udito, e viceversa. È inoltre strettamente connesso al sistema visivo, al sistema nervoso autonomo, ai cicli sonno-veglia e alla percezione del peso corporeo. Una disfunzione in questo sistema tende a propagarsi a cascata su tutte queste aree, perché ogni informazione sensoriale passa attraverso il sistema vestibolare a livello del tronco encefalico prima di essere elaborata altrove.
Segni indicativi di una disfunzione vestibolare:
scarso equilibrio scarso, ritardo nelle tappe motorie (sostegno cefalico, posizione seduta, cammino), tono muscolare povero, cinetosi oltre l'età della pubertà, avversione marcata o assenza di paura per altezze/nuoto/giostre, scarso senso della direzione, goffaggine, ricerca attiva e continua di stimolazione vestibolare (dondolare, girare su sé stessi), difficoltà di percezione spaziale, fatica nel comprendere la reversibilità di alcuni processi (es. moltiplicazione/divisione, lettura dell'orologio analogico).
Per il neonato, percezione e movimento non sono esperienze distinte: il movimento è, in un certo senso, il suo primo linguaggio, attraverso cui costruisce gradualmente i collegamenti tra l'apparato vestibolare e le aree cerebrali superiori.