A cóclea tem a forma de uma concha de caracol e localiza-se anterior e medialmente no vestíbulo, consistindo num eixo central coclear e num canal coclear circundante. A haste coclear tem forma cónica e dela sobressai uma espiral óssea espiral que gira em torno da haste coclear. Entre a espiral óssea e a parede exterior do canal coclear encontra-se a membrana basilar, e o canal coclear contém três canalículos, o vestibular, o médio (ou seja, o canal coclear membranoso) e o tímpano. Os degraus vestibulares e timpânicos contêm fluido ectolíptico, e o degrau central contém a parte auditiva do vagus membranoso, que contém o fluido endolinfático. A audição surge da excitação das células ciliadas cocleares, que convertem a energia dos estímulos mecânicos, tais como as vibrações sonoras em biopotenciais que são transmitidos ao córtex cerebral através do nervo auditivo. Quando a energia da vibração sonora é transmitida aos cílios estáticos da célula capilar, os cílios estáticos caem de volta para os cílios dinâmicos na extremidade externa da célula e deflectem, provocando o deslocamento de cisalhamento dos cílios dinâmicos, o que induz uma mudança no potencial de repouso da membrana celular (a deflexão provoca a abertura de canais de iões fechados mecanicamente no topo da célula capilar, permitindo um fluxo interno de iões de potássio e produzindo uma mudança no potencial de repouso), resultando na excitação da célula capilar. As células capilares externas da cóclea efectuam uma análise espectral do som que entra no ouvido e traduzem a frequência das ondas sonoras numa distribuição de distâncias na membrana basilar, o que aumenta gradualmente a frequência ressonante de cima para baixo da cóclea (ou seja, frequência baixa no topo e frequência alta no fundo). Este efeito de filtro na cóclea está também relacionado com a força da membrana basilar, que é a mais estreita na base da cóclea mas a mais forte, e diminui a força da base até ao ápice da cóclea, enquanto o comprimento das células capilares e a largura da membrana basilar aumentam, aumentando assim a carga na membrana basilar e diminuindo a frequência ressonante da base até ao ápice. A razão pela qual a força da membrana basilar muda com a largura pode ser entendida figurativamente como o corte de um cordão de borracha elástico em pequenas secções de diferentes comprimentos, depois pendurar estes pequenos cordões de borracha curtos sem qualquer tensão, indo puxar estes cordões, para conseguir o mesmo deslocamento, o cordão de couro mais curto deve ter a maior força de ricochete, o que significa que quanto mais curto for o comprimento do cordão de borracha, maior será a força. A cóclea humana normal é enrolada num total de 2,5-2,75 voltas, enquanto apenas existem 1,75 voltas para as células do gânglio em espiral, que só podem alcançar o meio da segunda volta do degrau timpânico, e quanto mais longe da janela redonda, maior a distância entre a parede interna do degrau timpânico e o gânglio em espiral, de modo que o implante coclear é geralmente implantado nas 1,5 ou 1,25 voltas da base da cóclea até ao topo da cóclea, estimulando principalmente as frequências ressonantes acima de 1k Hz na membrana basilar Na prática clínica, os eléctrodos cocleares são implantados na cavidade timpânica porque um objectivo importante do desenho dos eléctrodos cocleares é estimular a maior população possível de células nervosas auditivas sem se sobreporem, e a cavidade timpânica está relativamente próxima do gânglio espiral, mas actualmente não é possível implantar eléctrodos directamente no gânglio espiral. Existem diferentes teorias sobre onde implantar o bulbo timpânico, desde a proximidade do bulbo lateral até ao abraço da haste coclear, e a proximidade dos eléctrodos durante o procedimento de implantação varia entre produtos de implantes cocleares e pacientes com diferentes condições cocleares.