下丘脑是神经内分泌的中心，通过下丘脑与垂体之间的联系，将神经调节与体液调节融为一体。下丘脑主要分泌的三种激素，是促甲状腺激素释放激素、促性腺激素释放激素，以及生长激素。
下丘脑是皮质下调节内脏活动的高级中枢，参与调节自主神经系统，如控制水盐代谢、调节体温、摄食、睡眠、生殖、内脏活动以及情绪等。通过下丘脑与边缘系统的联系，参与对情绪活动的调节，此外视交叉上核与人类昼夜节律有关，也调节人体的昼夜节律。