Гипоталамус участвует в регуляции многих физиологических функций (температуры тела, жажды, потребления пищи) и связан с различны­ми другими отделами ЦНС. Головной мозг сам является объектом прямых и опосредованных гор­мональных влияний. Стероидные и тиреоидные гормоны проходят через гематоэнцефалический барьер, и их эффекты в головном мозге опосреду­ются специфическими рецепторами . Присутствующие в крови пептиды, которые не про­ходят через этот барьер, действуют на мозговую ткань опосредованно (инсулин, например, через изменение концентрации глюкозы в крови). Кроме того, вещества из крови могут поступать в мозг через прилегающие к желудочкам мозга струк­туры, лишенные гематоэнцефалического барьера (см. далее). Гипоталамические гормоны в других отделах головного мозга выполняют функцию ней­ротрансмиттеров или нейрогормонов. Они обнару­живаются и в других тканях, где действуют эндо­кринным, паракринным или аутокринным путем. Например, соматостатин-содержащие нейроны присутствуют в различных отделах ЦНС, а также в островках поджелудочной железы (D-клетках), слизистой желудочно-кишечного тракта и сре­ди парафолликулярных С-клеток щитовидной железы. Соматостатин не только секретируется в общий кровоток или локально, но и в просвет кишки, откуда влияет на кишечную секрецию. Обладающий этой активностью гормон называют «люмоном». К общим для головного мозга, гипо­физа и желудочно-кишечного тракта гормонам от­носятся не только ТРГ и соматостатин, но также ВИП и пептиды, образующиеся из ПОМК.

Функции гипоталамуса регулируются как гор­мональными сигналами (например, по механиз­му отрицательной обратной связи), так и нерв­ными импульсами из различных источников. Нервные сигналы передаются с помощью нейро­трансмиттеров, включающих ацетилхолин, дофа­мин, норадреналин, адреналин, серотонин, ГАМ К и опиоиды. Гипоталамус можно рассматривать как общий конечный пункт гипофизотропных влияний, в котором сходятся сигналы множе­ства систем. Например, в регуляции гипоталамо- гипофизарной-надпочечниковой системы уча­ствуют цитокины, реагирующие на инфекцию (интерлейкины). Иммунонейроэндокринные вза­имодействия играют важную роль в реакции орга­низма на различные стрессы.

Гипоталамус в свою очередь является источни­ком сигналов к другим отделам нервной системы. Например, часть нервных волокон паравентрикулярных и супраоптических ядер достигают мно­гих других отделов нервной системы. В стволе мозга вазопрессинергические нейроны участву­ют в вегетативной регуляции артериального дав­ления. Нейроны, достигающие серого вещества мозга, принимают участие в формировании выс­ших корковых функций. Волокна, оканчивающи­еся в срединном возвышении, секретируют АДГ в гипоталамо-гипофизарную портальную систему. Этот гормон, поступающий в большом количестве в переднюю долю гипофиза, участвует в регуля­ции секреции АКТГ. Крупноклеточные нейроны проецируются также в сосудистое сплетение, отку­да АДГ фильтруется в спинномозговую жидкость. Паравентрикулярные ядра содержат не только крупноклеточные, но и мелкоклеточные нейроны, которые обнаруживаются и в других отделах ЦНС и могут продуцировать различные пептиды, напри­мер, КРГ и ТРГ.