L'équilibrioception repose principalement sur les organes de l'oreille interne, qui comprennent les canaux semi-circulaires et les sacs vestibulaires. Ces structures sont remplies de liquide et contiennent des cellules sensorielles spéciales qui détectent les mouvements de ce liquide en réponse aux mouvements de la tête. Par exemple, lorsque l'on tourne la tête ou que l'on se penche, le liquide dans les canaux semi-circulaires se déplace, ce qui stimule les cellules sensorielles et envoie des signaux au cerveau sur la direction et la vitesse du mouvement.

Le cerveau utilise ces signaux pour maintenir l'équilibre en ajustant automatiquement la posture et en coordonnant les mouvements du corps. Ce sens est essentiel pour des activités telles que la marche, la course, l'escalade et même la simple station debout.