后丘脑包括 内侧膝状体medial geniculate nucleus和 外侧膝状体lateral geniculate nucleus。膝状体核分别接受脑干听通路、视通路的感觉传入，是特异性感觉通路的中继核。此外，膝状体核群纤维联系复杂，功能不仅限于听觉、视觉的中继作用。

内侧膝状体核位于丘脑腹侧后方，内侧膝状体深面一圆形隆起，为听觉中继核；通过下丘臂接受下丘的纤维，发出纤维形成听辐射。内侧膝状体核分为三部分：腹侧部、背侧部及内侧部，各部细胞构筑及纤维联系各不相同。

呈矢状轴贯穿内侧膝状体，接受经下丘臂的同侧下丘中央核纤维和对侧下丘的纤维；细胞构筑呈板层结构。生理学研究提示其板层结构与音调代表区相关，其中高频调在内侧，低频调在外侧。发出的纤维形成听辐射，投射至初级听皮质（颞横回）；初级听皮质也发出纤维终于内侧膝状体核腹侧核。初级听皮质也有音频代表区，高音调在内侧，低音调在外侧和前部。

有多个核团，主要有膝状体上核和背核。背核接受下丘中央周核和其他脑干核团听传导路的传入。在听辐射中有音频定位关系，来自蜗管底部的高音冲动，投射至颞横回内侧部；来自蜗管顶部的低音冲动，投射至颞横回外侧部。膝状体上核接受上丘深层和中脑被盖背侧的纤维投射。

具有与树突平行排列的长轴突束；其内弥散呈不规则排列的轴突，并穿插叉着粗大的纤维束，由下丘臂向背侧和外侧形成纹状的神经毡。

外侧膝状体深面的外侧膝状体核是一群核团；较大的是 外侧膝状体背侧核dorsal lateral geniculate nucleus，发出纤维投射至皮质，为视觉中继核；较小的为 外侧膝状体腹侧核ventral lateral geniculate nucleus，无纤维投射至皮质。外侧膝状体腹侧核位于外侧膝状体背侧核的下方，又称 外侧膝状体前核pregeniculate nucleus。

外侧膝状体在横切面上呈倒“U”形或马蹄状，门朝向腹内侧，视束中的交叉或不交叉纤维经此进入外侧膝状体。外侧膝状体核具有板层结构，在人可分为7层或8层。分层从门由腹侧向背侧：近门为第1层，1~2板层为由大细胞组成的大细胞层、3~6层为由较小的细胞组成的小细胞层，相邻板层间由板间纤维束相隔称 板间层interlaminar zone。视束中的交叉纤维终于第1、4及6层，同侧未交叉的纤维终于第2、3及5层。外侧膝状体的每一层通常含两类细胞：一类是主细胞，投射至皮层；另一类是局部中间神经元。视束纤维投射至这两类细胞。视网膜黄斑纤维投射至双侧外侧膝状体核的尾侧并形成一楔状扇形，黄斑区的代表区约占外侧膝状体核总量的12%。主细胞轴突聚集形成宽广的 视辐射optic radiation，主要到达位于距状沟两侧的初级视皮质（又称 纹状皮质striate cortex，Brodmann 17区），也到达 纹旁区parastriate area（18区）及 纹周区peristriate area（19区）。初级视皮质传出纤维也与各层的主细胞和中间神经元的树突形成突触。