Эволюционная роль таламуса у хордовых заключается в последовательном усложнении в ходе филогенеза структуры и функций таламуса, что является одним из проявлений общего процесса эволюции головного мозга и нервной системы у этих видов. 13
Например, у костистых рыб большинство ядер таламуса занимаются обработкой соматосенсорной и зрительной информации. 1 У земноводных большая часть нейронов таламуса занимается обработкой зрительной информации, меньшая — соматической, слуховой или вестибулярной. 1 У пресмыкающихся центромедиальные ядра таламуса занимаются обработкой и интеграцией зрительной и соматосенсорной информации, а вентрокаудальные — обработкой и интеграцией зрительной и слуховой информации. 2 Наибольшего развития таламус достигает у млекопитающих, где он становится основным центром связи нижележащих отделов мозга с неокортексом, через который проходит и в котором фильтруется и обрабатывается вся сенсорная, проприоцептивная, интероцептивная и моторная информация, за исключением информации от органов обоняния. 12
У беспозвоночных животных, в частности членистоногих, в центральном нервном узле или головном мозге обнаружена структура, гомологичная таламусу в головном мозге хордовых. 12 Она выполняет функции сбора информации и ретрансляции различных сенсорных путей в более передне расположенные части головного мозга или центрального нервного узла. 12