La ghiandola pituitaria (ipofisi) non è più considerata la "ghiandola maestra". è l'ipotalamo la via finale comune che riceve informazioni praticamente da tutte le altre aree del SNC e che invia informazioni all'ipofisi.
L'ipotalamo modula l'attività dei lobi anteriore e posteriore dell'ipofisi in due modi diversi. I neurormoni da esso sintetizzati raggiungono l'ipofisi anteriore (adenoipofisi) direttamente attraverso un sistema vascolare portale specializzato e regolano la sintesi e la secrezione dei sei principali ormoni peptidici dell'ipofisi anteriore. Gli ormoni ipofisari, a loro volta, regolano la funzione delle ghiandole endocrine periferiche (tiroide, surreni e gonadi), oltre all'accrescimento e alla lattazione. Non esistono connessioni neurali dirette tra l'ipotalamo e l'ipofisi anteriore. Al contrario, l'ipofisi posteriore (neuroipofisi) è costituita da assoni che originano dai corpi cellulari di neuroni localizzati nell'ipotalamo. Questi assoni servono come siti di deposito per due ormoni peptidici sintetizzati nell'ipotalamo, i quali a livello periferico hanno la funzione di regolare il bilancio idrico, l'emissione del latte e la contrazione della muscolatura uterina. In alcune specie animali e nel corso dello sviluppo fetale dell'uomo è presente un lobo intermedio localizzato tra il lobo anteriore e quello posteriore, ma nell'uomo adulto, nel quale non è riconoscibile alcuna ghiandola intermedia, le sue cellule sono disperse nel contesto dei lobi anteriore e posteriore.
Praticamente tutti gli ormoni prodotti dall'ipotalamo e dall'ipofisi vengono secreti in maniera pulsatile o a poussée, in cui si alternano brevi periodi di inattività e di attività secretoria. Inoltre alcuni ormoni (p. es., l'ormone adrenocorticotropo [AdrenoCorticoTropic Hormone, ACTH], l'ormone della crescita [Growth Hormone, GH] e la prolattina) hanno un preciso ritmo circadiano o giornaliero, con aumento della secrezione durante determinate ore del giorno; altri ormoni (p. es., l'ormone luteinizzante [Luteinizing Hormone, LH] e l'ormone follicolo-stimolante [Follicle-Stimulating Hormone, FSH] durante il ciclo mestruale) hanno ritmi mensili con ritmi circadiani sovrapposti.
