Клетки гипоталамуса вырабатывают высвобождающий фактор, под действием которого увеличивается образование и выделение гипофизом в кровь адренокортикотропного гормона, стимулирующего деятельность коры надпочечников (выработку глюкокортикоидов).

Уменьшение количества медиаторов (дофамина, серотонина) влияет на импульсацию из гипоталамуса и регулярное выделение гормонов гипофиза.

Главным продуктом её деятельности является антидиуретический гормон (АДГ), который регулирует всасывание жидкости почками в зависимости от сигналов осморецепторов гипоталамуса.

Биосинтез тиреоидных гормонов осуществляется под контролем центральной нервной системы, гипоталамуса и гипофиза.

Оба этих гормона продуцируются в гипоталамусе, но сохраняются и высвобождаются в задней доле гипофиза, лежащей книзу от гипоталамуса.

В период полового созревания по сигналу, поступающему из гипоталамуса через гипофиз, половые железы начинают интенсивно вырабатывать соответствующие мужские или женские половые гормоны, под влиянием которых у подростка появляются вторичные половые признаки и эротические переживания.

Значительно реже гипотиреоз обусловлен поражением «вышестоящих» эндокринных органов — гипофиза или гипоталамуса, а также врождённой низкой чувствительностью рецепторов к собственным гормонам (вторичный гипотиреоз).

В медиальной области гипоталамуса существуют особые нейроны, воспринимающие информацию о важнейших параметрах крови и спинномозговой жидкости — температуре, водно-электролитном составе плазмы, содержании гормонов в крови.