根据我国神经生理学家张香桐的意见，丘脑的各种细胞群大致可以分为三大类（图10-21）
图10-21右侧丘脑主要核团示意图
1：网状核（大部分已除去，只显示前面一部分） 2：前核3：前腹核 4：苍白球传来纤维
5：外侧腹核 6：外髓板 7：小脑传来纤维8：内髓板及髓板内核群
9：背个侧核 10：后外侧核 11：后外侧腹核12：内侧丘系
13：背内核 14：中央中核 15：束旁核16：后内侧腹核 17：视束
18：外侧膝状体 19：内侧膝状体20：外侧丘系 21：丘脑枕
第一类是接受感觉的投射纤维，并经过换元进一步投射到大脑皮层感觉区的那些细胞群，例如后腹核的外侧与内侧部分（分别称为后外侧腹核和内侧腹核）、内侧膝状体、外侧膝状体等。后外侧腹核为脊髓丘脑束与内侧丘系的换元站，同躯干、肢体感觉的传导有关；后内侧腹核为三叉丘系的换元站，与头面部感觉的传导有关。后腹核发出的纤维向大脑皮层感觉区投射，不同部位传来的纤维在后腹核内换元有一定的空间分布，下肢感觉在后腹核的最外侧，头面部感觉在后腹核内侧，而上肢感觉在中间部位（图10-22）；这种空间分布与大脑皮层感觉区的空间定位相对应。内侧膝状体是吸觉路的换元站，发出纤维向大脑皮层听区投射。外侧膝状体是视觉传导路的换元站，发出纤维向大脑皮层视区投射。因此，上述细胞群是所有特定的感觉冲动（除嗅觉外）传向大脑皮层的换元接替部位，称为感觉接替核。
图10-22猴体表在左侧丘脑后腹核（后外侧腹核和后内侧腹核）的投射
第二类细胞群，接受丘脑感觉接替核和其他皮层下中枢来的纤维（但不直接接受感觉的投射纤维），经过换元，发出纤维投射到大脑皮层的某一特定区域。例如，丘脑前核接受下丘脑乳头体来年纤维，并发出纤维投射到大脑皮层的扣带回，参与内脏活动的调节；丘脑的外侧腹核主要接受小脑、苍白球和后腹核的纤维，并发出纤维投射到大脑皮层的运动区，参与皮层对肌肉运动的调节；丘脑枕接受内侧与外侧膝状体的纤维，并发出纤维投射到大脑皮层的顶叶、枕叶和颞叶的中间联络区，参与各种感觉的联系功能。此外，丘脑还有许多细胞群，发出纤维向下丘脑、大脑皮层的前额叶和眶区或顶叶后总部联络区等区域投射。以上这些细胞群投射到大脑皮层的联络区，在功能上与各种感觉在丘脑和大脑皮层水平的联系协调有关，总称为联络核。
