Purkinjeove stanice i mali mozak dijele međusobno postojanje. Ovi veliki neuroni nalaze se u malom mozgu, gdje pomažu u regulaciji motoričkih pokreta. Postoji veliki broj dendrita raspoređenih u strukturu nalik stablu koja se nalazi u Purkinjeovim stanicama. Dendriti primaju informacije od drugih neurona i upućuju stanici treba li prenijeti poruku drugim neuronima ili ne.
Mali mozak je raspoređen u više razina, a Purkinjeove stanice smještene su na najdubljoj razini. Ove specijalizirane stanice primaju informacije sa svih ostalih razina i integriraju unos iz ostatka malog mozga. Purkinjeove stanice su jedini izlazni izvor malog mozga. Postoji važna veza između Purkinjeovih stanica i malog mozga, budući da te stanice dopuštaju ovom području da šalje poruke ostatku mozga.
Osim koordiniranja informacija iz malog mozga, Purkinjeove stanice također primaju signale iz drugih područja mozga i leđne moždine. Smatra se da ti signali sadrže senzorne informacije i signale planiranja motora koji bi mogli utjecati na kretanje motora. Većina tih signala je ekscitatorna, što znači da potiču stanicu primatelja da prođe svoj vlastiti signal. Purkinjeove stanice prenose inhibicijske signale, međutim, koji bi mogli dati trag o njihovoj ulozi.
Točan način na koji Purkinjeove stanice i mali mozak funkcioniraju zajedno još nije u potpunosti shvaćen. Mali mozak može koristiti ove stanice kao neku vrstu tumača. Purkinjeove stanice primaju izravni i neizravni ekscitatorni ulaz iz moždanog debla, leđne moždine i medule, ali imaju inhibicijski izlaz. Ova činjenica navela je istraživače da teoretiziraju da Purkinjeove stanice organiziraju ovu veliku količinu informacija i integriraju je. Oni uklanjaju pozadinsku buku i šalju razumljive poruke koje sadrže samo bitan sadržaj ostatku mozga.
Tragovi o odnosu između Purkinjeovih stanica i malog mozga mogu se pronaći proučavanjem bolesti koje utječu na te stanice. Cerebelarna abiotrofija je bolest koja ubija Purkinjeove stanice otprilike u vrijeme rođenja. Životinje s ovom bolešću pokazuju nedostatak svijesti o položaju udova pri hodu, nekoordinirano kretanje, drhtanje, probleme s procjenom udaljenosti i nenormalan hod pri hodu.
Neke bolesti kod ljudi, poput Niemann-Pickove bolesti, mogu uzrokovati slične simptome. Ovi specifični simptomi upućuju na Purkinjeove stanice koje integriraju informacije koje se odnose na prostornu orijentaciju tijela, kontrolu i koordinaciju motoričkih pokreta, te relativne položaje dijelova tijela. Purkinjeove stanice i mali mozak stoga rade zajedno na prikupljanju količine informacija i daju upute tijelu kako koordinirati pokrete na temelju tih informacija.