Purkinjeceller och lillhjärnan delar en ömsesidig existens. Dessa stora nervceller finns i lillhjärnan, där de hjälper till att reglera motoriska rörelser. Det finns ett stort antal dendriter arrangerade i en trädliknande struktur som finns i Purkinje-celler. Dendriter tar emot information från andra neuroner och instruerar cellen om den ska vidarebefordra ett meddelande till andra neuroner.
Lillhjärnan är arrangerad i flera nivåer, med Purkinje-celler placerade på den djupaste nivån. Dessa specialiserade celler tar emot information från alla andra nivåer och integrerar input från resten av lillhjärnan. Purkinjecellerna är lillhjärnans enda utgångskälla. Det finns en viktig koppling mellan Purkinje-celler och lillhjärnan, eftersom dessa celler låter detta område skicka meddelanden till resten av hjärnan.
Förutom att koordinera information från lillhjärnan tar Purkinjeceller även emot signaler från andra hjärnområden och ryggmärgen. Dessa signaler tros innehålla sensorisk information och motorplaneringssignaler som kan påverka motorrörelser. De flesta av dessa signaler är exciterande, vilket innebär att de uppmuntrar mottagarcellen att passera sin egen signal. Purkinjeceller överför dock hämmande signaler, vilket kan ge en ledtråd om deras roll.
Det exakta sättet som Purkinje-celler och lillhjärnan fungerar tillsammans är ännu inte helt förstått. Lillhjärnan kan använda dessa celler som en sorts tolk. Purkinjeceller får direkt och indirekt excitatorisk input från hjärnstammen, ryggmärgen och märgen, men har hämmande produktion. Detta faktum har fått forskare att teoretisera att Purkinje-celler ordnar denna stora mängd information och integrerar den. De rensar bort bakgrundsljud och skickar ut begripliga meddelanden som endast innehåller väsentligt innehåll till resten av hjärnan.
Ledtrådar till förhållandet mellan Purkinje-celler och lillhjärnan kan hittas genom att studera sjukdomar som påverkar dessa celler. Cerebellar abiotrofi är en sjukdom som dödar Purkinje-celler runt tidpunkten för födseln. Djur med denna sjukdom visar en bristande medvetenhet om sin lemposition när de går, okoordinerade rörelser, skakningar, problem med att utvärdera avstånd och onormal gång när de går.
Vissa sjukdomar som ses hos människor, som Niemann-Picks sjukdom, kan orsaka liknande symtom. Dessa speciella symtom pekar på att Purkinje-cellerna integrerar information om kroppens rumsliga orientering, kontroll och koordination av motoriska rörelser och kroppsdelars relativa positioner. Purkinjecellerna och lillhjärnan samarbetar därför för att sammanställa mängder av information, och instruerar kroppen hur man koordinerar rörelser utifrån denna information.