Układ przedsionkowy to zespół struktur ucha wewnętrznego, które zapewniają poczucie równowagi i orientacji przestrzennej. System ten składa się ze struktur w obrębie błędnika ucha wewnętrznego, w tym ślimaka i dwóch narządów otolitowych – łagiewki i woreczka. W labiryncie znajdują się również trzy półkoliste kanały – górny, tylny i poziomy – które są zorientowane w różnych płaszczyznach.

Wszystkie te struktury zawierają przedsionkowe komórki rzęsate – receptory czuciowe układu przedsionkowego. W narządach otolitowych komórki rzęsate znajdują się pod galaretowatą warstwą zwaną błoną otolityczną, która zawiera otokonię – kryształy węglanu wapnia – co czyni ją stosunkowo ciężką. Kiedy głowa jest przechylona, błona otolityczna przesuwa się, wyginając stereorzęski na komórkach rzęsatych.

W kanałach półkolistych rzęski komórek rzęsatych są zawarte w galaretowatej kubule, która jest otoczona płynem endolimfowym. Kiedy głowa doświadcza ruchów, takich jak przyspieszanie i zwalnianie obrotowe, płyn porusza się, zginając kopułę i rzęski w niej.

Podobnie jak w przypadku słuchowych komórek rzęsatych, przemieszczenie w kierunku najwyższej rzęski powoduje otwarcie mechanicznie bramkowanych kanałów jonowych, depolaryzując komórkę i zwiększając uwalnianie neuroprzekaźników. Przemieszczenie w kierunku najkrótszej rzęski hiperpolaryzuje komórkę i zmniejsza uwalnianie neuroprzekaźników w porównaniu ze spoczynkiem. W ten sposób ruchy głowy są przekształcane w sygnały neuronowe.

Przedsionkowe komórki rzęsate są zorientowane w różnych kierunkach w strukturach błędnika – które same są zorientowane w różnych kierunkach – co pozwala na wykrycie różnych typów i kierunków ruchów głowy. Informacja ta jest przesyłana z błędnika przez nerw przedsionkowy do części mózgu, takich jak pień mózgu i móżdżek, a także niektóre mięśnie wzrokowe. Umożliwia to szybkie reakcje motoryczne, takie jak odruch przedsionkowo-oczny, który dostosowuje pozycję oka, aby ustabilizować wzrok podczas ruchu głowy.

W mózgu informacje przedsionkowe z obu uszu są integrowane z innymi rodzajami informacji sensorycznych – takimi jak informacje wizualne – aby pomóc w orientacji przestrzennej. Niektóre informacje przedsionkowe są przesyłane przez wzgórze do kory mózgowej – pomagając w świadomym postrzeganiu orientacji w przestrzeni.