Localizzate nell' organo del Corti verso l'interno rispetto all'asse della chiocciola, queste cellule (non contrattili) sono i sensori che trasmettono i segnali al nervo acustico. Come nel caso delle cellule ciliate esterne, l'apertura dei canali stereociliari determina l'ingresso di una corrente elettrica che fa cadere il potenziale intracellulare. Ciò causa la stimolazione delle terminazione dendritiche, che si trovano alla base della cellula, di neuroni che hanno il corpo cellulare nel ganglio acustico localizzato in prossimità dell'asse cocleare. L'ampiezza del segnale trasmesso è proporzionale alla deflessione delle stereocilia, che funzionano nel modo descritto nella pagina sulle cellule ciliate esterne. Le stereocilia più alte delle cellule ciliate interne, a differenza da quelle delle cellule ciliate esterne, non sono infisse nella membrana tectoria e pertanto la loro deflessione non è proporzionale allo spostamento relative di questa. Esse subiscono invece l'azione viscosa del fluido messo in moto dalle oscillazioni della membrana tectoria. In questo modo la forza agente sulle stereocilia risulta proporzionale alla velocità della membrana tectoria (questo serve a equalizzare la risposta elettrica ai segnali di alta frequenza compensando la caduta di potenziale elettrico causata dalla capacità parassita della membrana cellulare).
