As funções do hipotálamo incluem a secreção de neuro-hormônios, frequentemente denominados como hormônios liberadores do hipotálamo, como os hormônios liberadores do crescimento e hormônios dopaminérgicos. Esses hormônios de liberação hipotalâmica estimulam ou inibem a secreção de hormônios hipofisários.
O hipotálamo desempenha um papel na manutenção da homeostase no corpo, regulando coisas como o equilíbrio do pH, controle de temperatura, pressão arterial e respiração. O hipotálamo também está envolvido no controle da função autonômica, controle da função endócrina e controle da função motora. Ele controla a fome e a sede e a ingestão de alimentos e água. Também regula a fadiga e os ciclos de sono e vigília, bem como controla os comportamentos defensivos.
O hipotálamo é uma parte do cérebro que conecta o sistema nervoso ao sistema endócrino por meio da glândula pituitária. Ele também está conectado a algumas partes do sistema nervoso central, como o tronco cerebral. Faz parte do sistema límbico e se liga a estruturas límbicas, como a amígdala e o septo. Também está conectado com áreas do sistema nervoso autônomo.
O hipotálamo contém muitos pequenos núcleos e tratos de fibra. Os dois núcleos principais são os núcleos supraóptico e paraventricular. As células nesses dois núcleos secretam os hormônios vasopressina, oxitocina, hormônio antidiurético e hormônio liberador de corticotrofina.