Talamus je krupna, ovalna masa duga oko 4 cm, najveći dio diencefalona, i skoro sva čula osim mirisa moraju kroz njega proći prije nego stignu do kore velikog mozga - ni jedan signal iz spoljašnjeg svijeta ili sopstvenog tijela ne dopire do svjesne percepcije bez ovog usputnog prekidača.

Položaj i granice. Talamus leži sa obje strane treće moždane komore, čiju gornju granicu bočnog zida gradi. Prednji, uzan pol leži blizu srednje linije i gradi zadnju granicu interventrikularnog otvora; pozadi se širi u pulvinar, koji nadvisuje gornji kolikulus srednjeg mozga. Odozgo je odvojen od tijela forniksa horoidnom pukotinom, a sa strane ga od repatog jedra dijeli stria terminalis. Talamus se nastavlja u tegmentum srednjeg mozga, subtalamus i hipotalamus; granicu sa hipotalamusom obilježava hipotalamički sulkus.

Unutrašnja podjela i jedra. Vertikalna, Y-oblika opna bijele mase, unutrašnja medularna lamela, dijeli talamus na prednju, medijalnu i bočnu grupu jedara. Van te podjele, tanka spoljašnja medularna lamela odvaja glavnu masu talamusa (dorzalni talamus) od retikularnog jedra, tankog omotača koji ga oblaže sa strane. Funkcionalno, jedra se dijele na relejna (prenose tačno određenu senzornu ili motornu informaciju direktno ka odgovarajućem korteksalnom području) i asocijativna (primaju ulaz iz same kore i učestvuju u složenijoj obradi, ne u prenosu jedne vrste signala).

Prednja grupa (limbička) prima najviše vlakana mamilotalamičkim traktom iz mamilarnih tijela hipotalamusa i dalje projektuje ka cingularnom girusu - dio istog kruga pamćenja koji uključuje hipokampus i forniks.

Medijalna grupa se svodi na jedno veliko jedro, mediodorzalno, povezano recipročno sa prefrontalnom korom; učestvuje u širokom rasponu viših funkcija; istorijski je zapaženo da posljedice njegovog uništenja djelimično podsjećaju na efekte prefrontalne lobotomije, zahvata koji je nekad ciljao upravo ovu vezu.

Bočna grupa je najveća i dijeli se na dorzalni i ventralni sloj. U ventralnom sloju leže glavna relejna jedra: ventralno prednje jedro prima motorni ulaz iz bazalnih ganglija i projektuje uglavnom ka premotornoj kori; ventralno bočno jedro prima ulaz i od bazalnih ganglija (istostrano) i od malog mozga (suprotna strana), i šalje ih ka suplementarnoj i primarnoj motornoj kori; ventralno zadnje jedro, podijeljeno na bočni i medijalni dio, glavna je relejna stanica somatosenzornih puteva - bočni dio prima medijalni lemniskus i spinotalamički put s tijela, medijalni dio trigeminotalamički put s lica, i oba precizno, tačka-po-tačku, projektuju ka somatosenzornoj kori. Medijalno i bočno koljenasto tijelo, na zadnjem polu talamusa, relejne su stanice slušnog i vidnog puta.

U dorzalnom sloju bočne grupe leže asocijativna jedra - lateralno dorzalno, lateralno zadnje jedro i pulvinar, znatno uvećan kod čovjeka, koji povezuje parijetalni, okcipitalni i temporalni asocijativni korteks i učestvuje u složenijim, još nedovoljno razjašnjenim funkcijama poput pažnje i integracije vidnih i drugih modaliteta.

Intralaminarna jedra, ugniježdena unutar same unutrašnje medularne lamele, imaju široke, recipročne veze sa korom i prugastim tijelom; centromedijano jedro, znatno krupnije od parafascikularnog susjeda, posebno je razvijeno kod čovjeka i usko povezano sa bazalnim ganglijama. Ova jedra doprinose korteksalnoj aktivaciji iz retikularne formacije moždanog stabla i senzorno-motornoj integraciji. Uz njih, tanka midline jedra uz samu treću komoru primaju ulaz iz hipotalamusa i moždanog stabla i projektuju ka hipokampusu i amigdali - dio su istog limbičkog kruga kao i prednja grupa.

Retikularno jedro je izuzetak među talamičkim jedrima: ne projektuje ka kori. Umjesto toga djeluje kao svojevrsna kapija koja reguliše protok informacija kroz cijeli organ - njegovi eferentni neuroni su GABA-ergički i vraćaju se nazad u sam talamus, dok se sam usput "puni" granama kortikotalamičkih i talamokortikalnih vlakana koja ga prolaze na putu između kore i dubljih jedara.

Veze sa korom. Odnos talamusa i kore je gotovo uvijek recipročan: svako korteksalno područje projektuje nazad u tačno ona talamička jedra od kojih prima ulaz. Ulazna, ushodna vlakna iz talamusa hvataju se najviše za četvrti sloj kore; povratna, silazna vlakna iz kore polaze iz dubljeg, šestog sloja - ta stalna dvosmjerna petlja kora-talamus-kora je osnovni mehanizam kojim talamus ne samo prenosi nego i oblikuje informaciju prije nego što (ili dok) stigne do svjesne obrade.