Ассоциативные ядра таламуса связаны, помимо прочего, с ассоциативными зонами  коры большого мозга, которые связывают вновь поступающую сенсорную информацию с полученной ранее и хранящейся в памяти, а также сравнивают между собой информацию, получаемую от разных рецепторов. Сенсорные сигналы интерпретируются и используются для определения наиболее подходящих ответных реакций, которые выбираются в ассоциативной зоне и передаются в связанную с ней двигательную зону.Неспецифические ядра таламуса, помимо прочего, тесно связаны со множеством систем мозга, в т.ч. с ретикулярной формацией, и играют важную роль в регуляции процессов активации нейронов, регуляции сна и бодрствования.