Nell'epitelio sensoriale delle macule e delle creste ampollari esistono, morfologicamente, due tipi differenti di recettori. Entrambi hanno sulla loro superficie libera delle ciglia ed in particolare 60-80 stereociglia e 1 chinociglio per ogni recettore.Le fibre afferenti del nervo vestibolare hanno un'attività di riposo relativamente elevata, con scariche che si ripetono ad intervalli regolari, senza che stimoli esterni agiscano sull'organo di senso.Lo spostamento della massa gelatinosa che ricopre l'epitelio neurosensoriale, provoca una deflessione delle ciglia che vi sono immerse. Tale deflessione rappresenta lo stimolo adeguato per questi recettori. L'attività dei nervi afferenti è aumentata o diminuita a seconda della direzione dell'inclinazione.Per quanto riguarda i recettori maculari, a causa della presenza di cristalli di calcite, la densità della membrana otolitica è considerevolmente più elevata della densità dell'endolinfa, per questo motivo, l'accelerazione gravitazionale agisce maggiormente su di essa rispetto all'endolinfa. Inoltre l'epitelio sensoriale della macula utricolare non giace del tutto orizzontalmente, per cui la forza di gravità fa sì che la membrana otolitica scivoli leggermente in avanti sull'epitelio sensoriale. Questo piccolo spostamento della membrana otolitica provoca l'inclinazione della ciglia.La macula dell'utricolo si trova, quando il corpo è in posizione eretta e la testa in posizione normale, quasi orizzontale. Inclinando la testa, la macula dell'utricolo assume una posizione inclinata e i recettori vengono stimolati.Lo stesso meccanismo vale per i recettori maculari del sacculo, che si trova in posizione pressappoco verticale, quando il corpo è in posizione eretta ed il capo in posizione normale.La membrana otolitica assume così ad ogni movimento del capo nello spazio, una determinata posizione rispetto all'epitelio neurosensoriale sottostante. Ciò causa un'eccitazione delle relative fibre nervose.Poiché nell'epitelio sensoriale di una macula sono presenti due popolazioni di cellule, le cui ciglia sono orientate in direzione opposta, qualunque movimento della testa induce l'attivazione di qualche fibra e l'inibizione di altre.Per quanto riguarda i canali semicircolari, la cupola e l'endolinfa hanno esattamente la stessa densità. L'accelerazione di traslazione e quella gravitazionale terrestre, non agiscono dunque sull'organo. I recettori semicircolari sono sensibili alle accelerazioni angolari, quando il cranio passa da una condizione di riposo ad una di rotazione.L'endolinfa, nei canali semicircolari, rimane in un primo momento a riposo, a causa della sua inerzia, mentre le pareti dei canali semicircolari seguono la rotazione.Si formano differenze di pressione su entrambi i lati della cupola e ne risulta che la cupola, che aderisce alla parete del canale, viene deviata nella direzione opposta, in modo da causare un'inclinazione delle ciglia e quindi un cambiamento dell'attività del nervo afferente .Nei canali semicircolari tutti i recettori sono orientati in modo che il chinociglio guardi verso l'utricolo. Un aumento dell' attività nel nervo afferente si verifica quando la cupola è deviata in direzione dell'utricolo (utricolopeta). Questo è il caso del canale semicircolare orizzontale sinistro nella rotazione verso sinistra.Nei canali semicircolari verticali, è una deviazione utricolofuga della cupola che provoca l'attivazione delle fibre nervose. I tre canali semicircolari sono disposti tra loro in piani ortogonali. Nel caso di un movimento rotatorio attorno ad un asse obliquo, sono coinvolti dallo stimolo più canali.La deflessione della cupola non corrisponde all'accelerazione angolare, ma alla velocità angolare istantanea.Di conseguenza la variazione della frequenza di scarica dei neuroni, rispetto alla frequenza spontanea, riproduce approssimativamente il decorso della velocità angolare e non dell'accelerazione angolare, sebbene le forze che provocano lo spostamento siano forze di accelerazione.Questo spiega perchè in movimenti rotatori di lunga durata, l'accelerazione iniziale permette di raggiungere una velocità angolare costante, mantenuta poi per un lungo periodo di tempo. La cupola subisce in un primo momento una deflessione e poi lentamente ritorna, durante la fase di movimento rotatorio uniforme, sulla posizione di riposo. Un arresto improvviso del movimento rotatorio a velocità costante provoca una nuova deflessione della cupola, ma nella direzione opposta, poiché, tendendo l'endolinfa a causa dell'inerzia a persistere nel movimento, le differenze di pressione che si producono sui due lati della cupola provocano la sopradescritta deflessione, che per il resto ha le stesse caratteristiche di quella all'inizio del movimento. Occorre tener presente che le forze che portano alla deflessione della cupola sono sempre ed esclusivamente forze di accelerazione angolare.