L'hypothalamus, qui reçoit de nombreuses afférences issues du système nerveux autonome, intervient dans des activités biologiques variées : comportements instinctifs, rythme circadien, prise alimentaire, homéostasie hydroélectrolytique et métabolique, thermorégulation, sécrétions digestives, régulation de la fréquence cardiaque et de la pression artérielle. Il représente aussi, via la synthèse de neurohormones, l'interface entre l'environnement, le milieu intérieur, le système nerveux et les fonctions endocriniennes. Les corps cellulaires de l'hypothalamus sont regroupés en noyaux anatomiquement bien individualisés mais qui peuvent présenter des fonctionnalités multiples et qui sont pour certains interconnectés. Les axones issus de la majorité de ces noyaux se projettent dans la couche externe de l'éminence médiane, au contact des vaisseaux du système porte hypothalamohypophysaire. Les neurohormones sont ainsi transportées jusqu'à l'antéhypophyse où elles vont réguler les caractéristiques sécrétoires (amplitude, rythme, variations dans le nycthémère, pendant le cycle menstruel, lors de l'allaitement ou de l'exposition au stress) des cellules corticotrope, gonadotrope, thyréotrope, somatotrope et lactotrope. L'activité des noyaux hypothalamiques est contrôlée par des afférences nerveuses utilisant comme neuromédiateurs des monoamines, des acides aminés excitateurs ou inhibiteurs, des gaz, des neuropeptides et des endocannabinoïdes. Les hormones synthétisées en périphérie possèdent une activité de rétrocontrôle sur les cellules hypophysaires et les neurohormones dont elles dépendent. Enfin, il existe des interactions entre les différents axes neuroendocriniens.