半规管是人自身感知三维世界的基础，负责感知由旋转动作所产生的角加速度，每侧内耳迷路都有3个半规管，分别是外半规管（水平半规管）、前半规管和后半规管，后两者合称为垂直半规管，它们之间成直角。每个半规管形状约为2/3个圆形，其中膜半规管套于骨半规管内，骨、膜半规管之间充满外淋巴液，而膜半规管腔内充满内淋巴液。每个半规管的底部都有一膨大的壶腹端，壶腹底部具有毛细胞和支持细胞组成的壶腹脊上皮。毛细胞为前庭感受细胞，每个顶部均有一排纤毛，其中动纤毛只有一根，又粗又长，位于毛细胞表面边缘，另有数十根较细的静纤毛。壶腹脊表面被一圆锥状弹性胶质膜所覆盖，称为壶腹脊帽，毛细胞的纤毛则延伸入帽内。当头部转动时，半规管内淋巴因惰性或惯性作用产生流动，导致壶腹帽发生偏斜，并在壶腹脊上作切线式位移，所产生的剪切力（shearing force）使埋于脊帽的毛细胞纤毛偏斜弯曲，从而启动毛细胞转导过程。在每一个壶腹脊中，相邻各毛细胞均具有相同的、单一的纤毛排列方向，这种排列方式可以使每一个同侧壶腹脊内毛细胞的极性保持一致。

内耳内有两个耳石器官，位于骨半规管和耳蜗之间的前庭中，一个称为椭圆囊，另一个称为球状囊，负责侦测直线加速度、重力或头部倾侧时空间位置的变化。两者结构基本相似，均为内耳膜迷路一部分，内腔充满内淋巴液。囊内有高度分化的感受器，分别称为椭圆囊斑和球囊斑（合称为耳石斑或位觉斑）。当人体直立时，椭圆囊斑与地面平行，可以感受来自水平面的前后左右各方向直线加速度运动的刺激；而球囊斑则与地面垂直，可以感受头-足轴向直线加速度运动的刺激。因此，面对三维空间任何方向的直线加速度改变或头部静态倾侧等刺激时，身体可根据这些由耳石器官传入的讯号来辨别运动的方向。