Le thalamus fait partie des noyaux gris centraux. Il y a deux thalamus, situés près de la ligne médiane, de part et d'autre du troisième ventricule. Les fonctions thalamiques sont multiples, à l'instar des nombreux noyaux qui constituent chaque thalamus. On distingue des noyaux relais, des noyaux réticulaires et des noyaux associatifs. Les noyaux relais sont impliqués dans le relais des voies sensitives, cérébelleuses et limbiques. Toutes les voies sensitives de l'organisme convergent vers le thalamus, où elles sont relayées avant leur projection vers le cortex pariétal. Toutes les voies cérébelleuses convergent vers le thalamus, où elles sont relayées vers le cortex moteur. Certains noyaux relais du thalamique sont impliqués dans le circuit de Papez, circuit de la mise en mémoire de nouvelles informations. Les noyaux réticulaires sont impliqués dans l'éveil cortical. Les noyaux associatifs sont complexes, mettant en relation le thalamus avec le lobe frontal et le lobe pariétal. Schématiquement, ces noyaux associatifs fonctionnent comme activateurs et régulateurs des fonctions correspondantes du cortex cérébral.
Certains rapports anatomiques sont importants à considérer pour la séméiologie : rapports intimes avec la capsule interne, notamment le bras postérieur de celle-ci, où passe le faisceau pyramidal. Rapports étroits également avec la région sous-thalamique, et en particulier la partie supérieure du mésencéphale, avec les noyaux du nerf moteur oculaire commun.
La plus grande partie du thalamus est vascularisée par de petites artères issues des artères cérébrales postérieures, elles-mêmes branches de l'artère basilaire.
Il importe de distinguer, dans la séméiologie thalamique, les symptômes et signes qui reviennent à des lésions du thalamus lui-même, et par ailleurs les symptômes et signes revenant à l'atteinte de structures environnantes.
I – Symptômes et signes relevant de lésions du thalamus proprement dit
1. Troubles sensitifs
Ce sont les plus évocateurs et les plus fréquents des troubles thalamiques.
Symptômes
- Les douleurs thalamiques sont habituellement décrites comme des brûlures ou des sensations thermiques pénibles, térébrantes, permanentes.
- Les paresthésies sont également fréquentes, assez souvent désagréables.
Signes cliniques
La topographie des symptômes et signes sensitifs est variable : Ils peuvent concerner l'ensemble de l'hémicorps controlatéral à la lésion, incluant la face. Ils peuvent au contraire n'intéresser qu'une partie de l'hémicorps controlatéral, et la distribution chéiro-orale (bouche et main) est très évocatrice.
Syndrome thalamique sensitifs (chéiro-orale) 
Elle dépend d'une somatotopie particulière des noyaux relais sensitifs, comportant un homonculus comparable à celui qui existe dans le cortex cérébral. A vrai dire, la topographie des troubles sensitifs peut être très variable, segmentaire, ou en carte de géographie.
- L'hypoesthésie peut être multimodale, c'est-à-dire concernant tous les modes sensitifs, ou être dissociée, prédominant sur la sensibilité proprioceptive ou au contraire sur la sensibilité thermoalgique.
- L'hyperpathie est très caractéristique des atteintes thalamiques. Tous les stimulis quels qu'ils soient, sont intégrés de façon pénible, avec souvent un retard et une diffusion.
2. Troubles moteurs
Une dystonie peut s'observer, assez rarement toutefois. La main thalamique est souvent complexe, avec des prises de postures anormales, des mouvements d'allure athétosique. Souvent, ces mouvements anormaux sont intriqués avec des troubles sensitifs profonds (main instable ataxique).
Un syndrome cérébelleux controlatéral à la lésion peut s'observer, mais assez rarement.
3. Troubles neuropsychologiques
L'aphasie thalamique s'observe dans des lésions du thalamus gauche. Elle est caractérisée avant tout par la conservation de la répétition, et également par une hypophonie, ainsi que par des paraphasies «fantastiques».
Un syndrome de l'hémisphère mineur (anosognosie, troubles visuo-spatiaux, négligences) peut s'observer dans les atteintes du thalamus droit du droitier.
Troubles mnésiques antérogrades , réalisant un syndrome de Korsakoff, avec oubli à mesure, peuvent s'observer dans des lésions thalamiques bilatérales.
4. Troubles de la vigilance
Ils s'observent dans des lésions étendues généralement bilatérales du thalamus. Il peut s'agir au maximum d'un coma profond, et parfois seulement d'une obnubilation ou d'une somnolence.
II - Symptômes et signes liés à l'atteinte des structures environnantes
Il s'agit de signes associés aux précédents, inconstants mais fréquents, surtout dans les lésions de grande taille.
Deux signes cliniques sont souvent associés aux lésions thalamiques étendues :
- une hémiparésie controlatérale, réalisant un syndrome pyramidal par atteinte de la capsule interne adjacente.
- un syndrome de Parinaud (paralysie de l'élévation du regard) ou une atteinte plus ou moins complexe du nerf moteur oculaire commun (III), par atteinte de la région mésencéphalique haute.