Sel Purkinje dan otak kecil berbagi keberadaan bersama. Neuron besar ini berada di otak kecil, di mana mereka membantu mengatur gerakan motorik. Ada sejumlah besar dendrit yang tersusun dalam struktur seperti pohon yang ditemukan di sel Purkinje. Dendrit menerima informasi dari neuron lain, dan menginstruksikan sel apakah harus menyampaikan pesan ke neuron lain atau tidak.
Cerebellum diatur dalam beberapa tingkat, dengan sel Purkinje terletak di tingkat terdalam. Sel-sel khusus ini menerima informasi dari semua tingkat lainnya, dan mengintegrasikan masukan dari bagian otak kecil lainnya. Sel Purkinje adalah satu-satunya sumber keluaran otak kecil. Ada hubungan penting antara sel Purkinje dan otak kecil, karena sel-sel ini membiarkan area ini mengirim pesan ke bagian otak lainnya.
Selain mengoordinasikan informasi dari otak kecil, sel Purkinje juga menerima sinyal dari area otak lain dan sumsum tulang belakang. Sinyal-sinyal ini dianggap mengandung informasi sensorik dan sinyal perencanaan motorik yang dapat mempengaruhi gerakan motorik. Sebagian besar sinyal ini bersifat rangsang, yang berarti mereka mendorong sel penerima untuk meneruskan sinyalnya sendiri. Sel Purkinje mengirimkan sinyal penghambatan, bagaimanapun, yang dapat memberikan petunjuk tentang peran mereka.
Cara pasti sel Purkinje dan otak kecil berfungsi bersama belum sepenuhnya dipahami. Otak kecil dapat menggunakan sel-sel ini sebagai semacam penerjemah. Sel Purkinje menerima masukan rangsang langsung dan tidak langsung dari batang otak, sumsum tulang belakang, dan medula, tetapi memiliki keluaran penghambatan. Fakta ini telah mengarahkan para peneliti untuk berteori bahwa sel Purkinje mengatur volume informasi yang besar ini dan mengintegrasikannya. Mereka menghilangkan kebisingan latar belakang dan mengirimkan pesan yang dapat dipahami yang hanya berisi konten penting ke bagian otak lainnya.
Petunjuk tentang hubungan antara sel Purkinje dan otak kecil dapat ditemukan dengan mempelajari penyakit yang mempengaruhi sel-sel ini. Abiotrofi serebelum adalah penyakit yang membunuh sel Purkinje sekitar waktu kelahiran. Hewan dengan penyakit ini menunjukkan kurangnya kesadaran posisi anggota badan mereka saat berjalan, gerakan tidak terkoordinasi, tremor, masalah dengan mengevaluasi jarak, dan gaya berjalan yang tidak normal saat berjalan.
Beberapa penyakit yang terlihat pada manusia, seperti penyakit Niemann-Pick, dapat menyebabkan gejala yang serupa. Gejala-gejala khusus ini menunjuk pada sel-sel Purkinje yang mengintegrasikan informasi yang berkaitan dengan orientasi spasial tubuh, kontrol dan koordinasi gerakan motorik, dan posisi relatif bagian-bagian tubuh. Oleh karena itu, sel Purkinje dan otak kecil bekerja sama untuk mengumpulkan sejumlah besar informasi, dan menginstruksikan tubuh bagaimana mengoordinasikan gerakan berdasarkan informasi ini.