基底神经节的正常功能是难以简洁概述的。然而，就其在控制运动方面的作用而言，一个合理的解释是，它能够促进和维持合适的行为和运动，并抑制不必要的行为和运动。以基底神经节功能障碍相关疾病为例，其特征是，根据不同的病理学基础，表现出无法开始或执行想要的动作（如帕金森病）或者无法控制不必要的动作（如亨廷顿病）。

帕金森病是一种最常见影响基底神经节的疾病。正如它的特征包括运动障碍、肌肉强直和震颤，这是由黑质致密部多巴胺能神经元变性、纹状体中多巴胺耗竭所导致的。这已经通过尸检研究得以充分证实。此外，在帕金森病患者中，由于黑质纹状体突触终端的缺失，正电子发射断层扫描（positron emission computed tomography，PET）揭示了多巴胺存储和重摄取的降低，但是位于黑质纹状体通路中等有棘神经元的多巴胺受体是完整的。

多巴胺似乎对中等有棘神经元起到双重作用。它能抑制间接通路并兴奋直接通路。结果是，当纹状体中缺少多巴胺时，间接通路被过度激活，直接通路激活不足。纹状体向外侧苍白球的投射的过度激活，导致苍白球STN神经元抑制，结果使STN过度激活。STN的传出神经介导了内侧苍白球和黑质网状部的过度兴奋，这是由于GABA能抑制性间接通路激活不足引起的。过度激活的基底神经节抑制了运动性丘脑核团以及丘脑和皮质间的兴奋性联系。此描述和病理生理学相似。根据帕金森症状的模型产生了基于毁损和DBS内侧苍白球和STN治疗帕金森病新的手术方法。

当前以左旋多巴（L-DOPA，L-二羟基苯丙氨酸，多巴胺的直接代谢前体）、多巴胺受体激动剂或单胺氧化酶抑制剂等药物治疗帕金森病。尽管这些药物通常会使症状较好的缓解多年，但左旋多巴和多巴胺受体激动剂，最终会使患者出现运动并发症，这其中就包括异动症。长期药物治疗帕金森病的结果会产生不自主运动，这个症状和亨廷顿病的迟发性异动和投掷症状相似。研究表明这很可能有一个共同的神经作用机制。由于多巴胺药物在帕金森或者亨廷顿病中纹状体投射到外侧苍白球的变性的影响，间接通道变得不活跃。通过过度激活苍白球神经元导致STN的病理性抑制。因STN参与其中，解释了多巴胺所引起的异动症，和STN变性导致亨廷顿病产生相似的投掷症状的原因。因不活跃的STN降低了苍白球的兴奋性，从而使异动症减退。简单来说，不活跃的苍白球和异动症相关，苍白球变性也会缓解症状。这表明苍白球和黑质在运动方面传出活动上针对异动症中起着重要的作用。

另一种基底神经节功能障碍表现是肌张力障碍，其特点是肌张力增高和姿势异常。这可能发生在左旋多巴治疗帕金森疾病或遗传性疾病中（如特发性扭转性肌张力障碍和奥本汉姆肌张力障碍）。局部肌张力障碍综合征，包括梅杰综合征（梅热综合征）、痉挛性斜颈、痉挛性发音障碍、书写痉挛。肌张力障碍的病理生理学基础是不太清楚的。比如异动症，这可能由不活跃的基底神经节输出所引起，所以DBS治疗苍白球可能会有益处。

证据表明基底神经节功能异常是很复杂的，是一种还未被了解的行为和运动障碍。在动物实验中，基底神经节变性，尤其在壳核变性导致无法控制的多动（比如，难以控制的、连续的和重复的行为），表明纹状体可以产生运动决策并约束行为。研究表明，患强迫症的病人是以重复的行为和思想为特征，PET可在额前皮质和壳核中表现出不正常活动。在儿童多动症可观察到类似的症状。某种意义来说，基底神经节除了接收额叶和边缘系统之间的联系，还能通过黑质网状部和背内侧、腹侧丘脑来影响前额叶和扣带回。

在多巴胺药物出现之前，帕金森病毁损术曾流行一时。基底神经节和丘脑是很适合化学和热毁损的目标靶点。苍白球和丘脑手术通常会改善僵直和震颤，但是对于运动迟缓效果不佳。随着多巴胺药物的治疗，它对运动障碍可产生显著效果，手术治疗帕金森病逐渐衰落。但比较明确的是，长期服用多巴胺会产生副作用，比如异动症、剂末效应和开关现象。最近，因对运动障碍疾病有了更深入的了解，尤其帕金森病的病理生理，人们已经重新使用手术方法治疗运动障碍疾病。

毁损STN可缓解震颤、僵直和运动迟缓，表明STN可被用于临床靶点。确实，作用在STN的毁损产生的效果可以缓解震颤、僵直和运动迟缓，但是，副作用也是很严重的（STN是一个由纤维包裹靠近下丘脑和内囊的结构）。

在1992年，Laitinen和他的同事重新应用苍白球毁损术治疗晚期帕金森病，毁损部位位于内侧苍白球腹后部，毁损可降低对侧肢体僵直和药物引起的异动，但在震颤和运动迟缓方面效果不佳。

20世纪70年代初开始提出通过高频刺激抑制附近细胞活动的DBS概念，直到20世纪80年代才作为一种先进的手术技术得以推广。这项手术技术可避免永久性的损伤，并能使手术更为安全。已有很多研究报道了双侧苍白球和STN刺激的有效性。不同于苍白球刺激，STN被大多数人接纳，因为它可使病人减少抗PD药物。

在这些手术中也有意想不到的作用。在临床上，帕金森病人可发展为腿部疼痛性肌张力障碍，但可对双侧苍白球刺激反应有效，刺激双侧苍白球治疗肌张力障碍，可获得满意的结果。因为肌张力障碍中苍白球的激活低于正常标准，并提出了一个概念性的难题，不知如何刺激肌张力障碍。这种作用于肌张力障碍的刺激机制不同于帕金森病和震颤，因为在肌张力障碍中，几周才能出现症状改善，然而在帕金森病可立即出现改善。