L'ipofisi posteriore secerne l'ormone antidiuretico (ADH, vasopressina) e l'ossitocina. Entrambi gli ormoni sono peptidi costituiti da nove aminoacidi e vengono sintetizzati in cellule distinte localizzate nel nucleo sopraottico e in quello paraventricolare dell'ipotalamo. Ciascun ormone peptidico viene sintetizzato come parte di un precursore proteico di maggiori dimensioni e rimane legato a una porzione del precursore denominata neurofisina, insieme alla quale viene trasportato lungo gli assoni e depositato in granuli secretori a livello delle terminazioni nervose dell'ipofisi posteriore. L'ADH e l'ossitocina vengono secreti in risposta a impulsi neuronali, si dissociano rapidamente dalle loro neurofisine e vengono prontamente rimossi dalla circolazione, con emivita di circa 10 min. Le neurofisine non esercitano alcun effetto fisiologico conosciuto.

L'ADH e l'ossitocina vengono sintetizzati attraverso la formazione di precursori proteici codificati da geni in singola copia localizzati in posizione contigua sul cromosoma 20. Il proormone per l'ADH, noto come propressofisina o vasopressina neurofisina II, è costituito da quattro porzioni distinte: un peptide di segnale all'estremità amino-terminale, la vasopressina, la sua neurofisina associata e un peptide glicosilato conosciuto come copeptina all'estremità carbossi-terminale. Il proormone per l'ossitocina è simile, ma manca della porzione copeptinica e termina con un singolo residuo di istidina. Con tutta probabilità i proormoni vengono scissi da enzimi proteolitici all'interno dei granuli neurosecretori per dare origine all'ormone attivo e alla rispettiva neurofisina.

L'azione principale dell'ADH è quella di promuovere la ritenzione idrica da parte del rene. Ad alte concentrazioni esso determina anche vasocostrizione. Come l'aldosterone, l'ADH svolge un ruolo importante nel mantenimento dell'omeostasi dei liquidi e del contenuto idrico vascolare e cellulare. Lo stimolo principale per il rilascio di ADH è l'aumento della pressione osmotica dei liquidi corporei, rilevata da osmocettori situati nell'ipotalamo. La deplezione di volume, rilevata da barocettori situati nell'atrio sinistro, nelle vene polmonari, nel seno carotideo e nell'arco aortico, è il secondo maggior stimolo per la secrezione dell'ormone; i segnali di deplezione di volume vengono trasmessi al SNC attraverso il nervo vago e il glossofaringeo. Altri stimoli per il rilascio di ADH sono il dolore, lo stress, l'emesi, l'ipossia, l'esercizio fisico, l'ipoglicemia, gli agonisti colinergici, i b-bloccanti, l'angiotensina e le prostaglandine. Tra gli inibitori della secrezione di ADH vi sono l'alcol, gli a-bloccanti e i glucocorticoidi.

Il diabete insipido è la conseguenza di una carenza di ADH (diabete insipido centrale) o di un'incapacità del rene a rispondere normalmente all'ADH (diabete insipido nefrogenico). Questi disordini sono trattati in maggior dettaglio nei Cap. 7 e 229. L'ipofisectomia (rimozione della ghiandola pituitaria) generalmente non dà luogo a un diabete insipido permanente, perché un gran numero di neuroni contenenti ADH termina nell'eminenza mediana dell'ipotalamo e continua a funzionare. Per evitare l'insorgenza del diabete insipido è sufficiente la sola presenza di un piccolo numero di neuroni funzionanti contenenti vasopressina.

I due principali organi bersaglio dell'ossitocina sono le cellule mioepiteliali della mammella, che circondano gli alveoli della ghiandola mammaria, e le cellule muscolari lisce dell'utero. In risposta al rilascio di ossitocina stimolato dalla suzione, le cellule mioepiteliali della ghiandola mammaria si contraggono e il latte passa dagli alveoli agli ampi seni lattiferi per essere poi espulso all'esterno (riflesso dell'emissione lattea delle madri che allattano). L'ossitocina stimola la contrazione delle cellule muscolari lisce dell'utero e la sensibilità dell'utero all'ormone aumenta con il procedere della gravidanza, ma le sue concentrazioni plasmatiche non aumentano decisamente durante il parto; il ruolo dell'ossitocina nell'avvio del travaglio non è chiaro. Non è stato identificato alcuno stimolo per la secrezione di ossitocina nel maschio.