Рецептором, реагирующим на вращение тела или только одной головы, являются клетки, находящиеся в ампулах полукружных каналов вестибулярного аппарата и расположенные в трех взаимно перпендикулярных плоскостях. Полукружные каналы заполнены жидкостью — эндолимфой, которая в момент начала и конца вращения или вращения с изменяющейся скоростью ударяет вследствие инерции по волоскам нервных клеток и раздражает их. Остановка вращения дает такой же обратный толчок, который, если он не коррегируется другим анализатором, например зрительным, вызывает иллюзию противовращения (человеку кажется, что он вращается в противоположном направлении).

На все изменения прямолинейных движений реагирует отолитовый аппарат, расположенный также во внутреннем ухе. В "войлоке" нервных окончаний этого рецептора заключены мельчайшие кристаллы карбоната кальция (отолиты), которые вследствие инерции раздражают нервные окончания при всех изменениях движения.

Вестибулярная система помогает ориентироваться в пространстве при активном и пассивном движении. Ее чувствительность очень высока: отолитовый аппарат способен воспринимать ускорение прямолинейного движения до 2 см/с2. Порог различения наклона головы в сторону — всего около 1 углового градуса, а вперед и назад — до 1,5-2 угловых градуса. Рецепторная система полукружных каналов позволяет человеку замечать ускорения вращения в 2-3 угловых градуса в с2.

Функции вестибулярного аппарата (стато-кинетические ощущения) исследуются с помощью различных двигательных проб и проб с вращением. Иногда раздражают вестибулярный аппарат вливаниями в наружный слуховой проход попеременно горячей и холодной воды или другими способами. В любом случае нарушения вестибулярной функции оценивают по субъективным ощущениям (головокружение, тошнота), а также объективным признакам (нистагм, нарушения равновесия и др.), которые спонтанно возникают у пациента при раздражении вестибулярного аппарата. Так вестибуло-глазодвигательные рефлексы заключаются в появлении нистагма типа медленного движения глаз в сторону, противоположную вращению и скачкообразным возвратом глаз обратно. При сильных и длительных нагрузках на вестибулярный аппарат возникает болезнь укачивания (например, морская болезнь).