外周前庭系统由前庭器官与前庭神经组成，它们传送有关头的角速度、线加速度和相对于头的方向的重力线等信息至中枢神经系统，尤其是前庭神经核复合体和小脑。中枢神经系统对这些信号进行加工，并与其它感觉信息相组合以判定头的位置和运动方向。

前庭器官是人体平衡系统的主要感受器官，它藏在颞骨内的内耳迷路之中，结构非常小而且复杂，它的弯弯曲曲的硬管（骨管）里套着软管（膜管)，可分为半规管和前庭两部分。骨性半规管分为水平半规管、前半规管和后半规管三部分，其内含有相应的三个膜半规管；骨性前庭内含有前庭囊，分为球囊、椭圆囊两部分。双耳的三对半规管的一端稍膨大，形成壶腹。在人直立并且头向前低30°时，水平半规管所在平面与地平面平行；前半规管位于与矢状线约呈45°的矢状平面内，后半规管位于与冠状线呈45°的冠状平面内。三对半规管互呈90°夹角。椭圆囊位于冠状平面内，球囊位于矢状平面内，椭圆囊与球囊互呈90°夹角。

前庭器官之所以能接受三维空间的运动信息正是由于它的解剖空间位置特点所决定的。骨性半规管、骨性前庭与膜半规管、前庭囊之间的腔隙含有外淋巴液；而膜半规管和前庭囊内含内淋巴液。内、外淋巴液之间互不相通，它们的成分和比重各不相同。三个膜半规管的壶腹端各有一壶腹嵴，是感受角加速度的感受器；椭圆囊和球囊中各有一囊斑，或称耳石器，是感受线性加速度和重力的感受器。这些前庭末梢感受器主要由感受位置变动的毛细胞组成，前庭的平衡觉信息正是通过它们向中枢传递的。当身体移动时，管内淋巴液流动，触动里面的毛细胞，将旋转、加减速度等动态信息传到前庭神经。

外周前庭的传入信息传到脑后，在三级中枢内进行加工处理。这三级中枢是脑干、小脑和大脑。

脑干中的前庭中枢：主要是前庭核复合体。前庭核复合体是前庭神经冲动传导的中继站，具有接受、整合、调节前庭信息的功能，包括前庭内侧核、外侧核、上核和下核。除接受前庭末梢感受器信息冲动外，它还接受对侧前庭神经核，以及视觉系统、小脑、大脑皮质等部位传来的信息。前庭核神经元可自发放电，以维持前庭系统静态平衡。

小脑中的前庭中枢：小脑可以直接接受来自外周前庭感受器的神经传入纤维，也可以接受来自前庭核复合体的次级传入纤维。小脑将这些纤维传入的信息进一步整合、分析后，继续向上一级中枢或相应的效应部位传导（如通过动眼神经核支配眼球的运动），并给予前庭神经核或外周前庭以反馈性的调节。虽然小脑不是前庭反射必须的，但当小脑切除后，前庭反射变得定位不准确且效率低下。可以肯定的是，前庭神经核与大脑皮质之间存在有联系，但大脑皮质的前庭代表区（即主管前庭平衡感觉的中枢）确切位置仍然不甚明确。据认为猴的前庭代表区在中央后回后 部分头部皮肤代表区附近。在刺激人听皮质前方的颞上回皮质时，病人常有眩晕等平衡失常的感受。目前一般认为前庭皮层代表区可能为多区域的，但仍有待进一步的探索和研究。

时至今日，已知前庭神经系统有7条神经通路：前庭眼动通路、前庭脊髓通路、前庭小脑通路、前庭网状结构通路、前庭植物神经通路、视前庭相互作用通路和前庭皮层通路。其中主要的有前庭眼动通路、前庭脊髓通路和前庭植物神经通路。前庭眼动通路的作用是在头部运动的过程中保持视力不变、稳定视觉。前庭脊髓通路的作用是维持躯体的稳定，保持姿势平衡。前庭植物神经通路主要表现在前庭受刺激时，会出现恶心、呕吐、心律减慢、血压下降、面色苍白等植物神经症状 。