Mientras que el tálamo está ubicado casi directamente en el centro del cerebro, el hipotálamo está ubicado debajo de él, por lo que sus ubicaciones son diferentes, aunque no mucho.

El tálamo consta de dos bulbos para cada hemisferio cerebral, cada uno de aproximadamente 6 cm de diámetro. Por otro lado, el hipotálamo consiste en un gran número de bulbos muy pequeños llamados núcleos, y en total es del tamaño de una almendra. Esto significa que el tálamo es más grande que el hipotálamo y tiene una estructura diferente.

El tálamo regula el sueño, el estado de alerta y la vigilia, mientras que el hipotálamo regula la temperatura corporal, el hambre, la fatiga y los procesos metabólicos en general.

El tálamo conecta la corteza cerebral con el cerebro medio, el hipotálamo conecta el sistema nervioso en general con el sistema endocrino. Esto hace otra distinción entre los dos: el tálamo es solo una parte del sistema nervioso, mientras que el hipotálamo puede considerarse parte del sistema nervioso y endocrino, ya que juega un papel importante en ambos.