Der Hypothalamus produziert eine Vielzahl von Hormonen, bei denen es sich um chemische Verbindungen handelt, die für die Regulierung der inneren Umgebung des Körpers wichtig sind. Sie fallen in drei große Klassen. Die erste Klasse stimuliert andere Organe des Körpers, Hormone zu produzieren. Die Hemmung der Produktion anderer Hormone ist die Funktion der zweiten Klasse. Verschiedene Systeme innerhalb des Körpers werden direkt von der dritten Klasse der hypothalamischen Hormone beeinflusst.
Eine Klasse von hypothalamischen Hormonen sind die Freisetzungshormone, die wirken, indem sie die Produktion anderer Hormone stimulieren. Beispielsweise schüttet der Hypothalamus das Thyreotropin-Releasing-Hormon (TRH) aus, das die Hypophyse zur Produktion des Thyreoidea-stimulierenden Hormons (TSH) anregt. TSH bewirkt, dass die Schilddrüse Schilddrüsenhormone bildet. Hohe Schilddrüsenhormonspiegel im Blut verringern die Produktion von TRH im Hypothalamus und bilden so eine hemmende Rückkopplungsschleife. Die Einrichtung mehrerer Kontrollebenen für die Hormonproduktion trägt dazu bei, dass der Körper eine stabile innere Umgebung aufrechterhält.
Der Hypothalamus produziert eine Reihe weiterer Freisetzungshormone. Das Gonadotropin-Releasing-Hormon (GnRH) stimuliert die Hypophyse zur Bildung des follikelstimulierenden Hormons (FSH) und des luteinisierenden Hormons (LH), die beide für die Regulierung des Fortpflanzungssystems wichtig sind. Die von der Hypophyse produzierte Menge an Wachstumshormon (GH) kann durch das Wachstumshormon-Releasing-Hormon (GHRH) erhöht werden. In ähnlicher Weise stimuliert das Corticotropin-Releasing-Hormon (CRH) die Produktion des adrenocorticotropen Hormons (ACTH) aus der Hypophyse, das für die Regulierung der Hormonausschüttung der Nebenniere wichtig ist.
Hypothalamische Hormone können auch hemmender Natur sein. Dopamin gilt als hemmend, da es die Produktion von Prolaktin (Prl) durch die Hypophyse verringert. Prolaktin ist ein Hormon, das bei der Regulierung des Menstruationszyklus und der Muttermilchproduktion bei Frauen wichtig ist und auch zur Aufrechterhaltung der allgemeinen Sexualfunktion bei Männern beiträgt. Ein weiteres hemmendes hypothalamisches Hormon ist Somatostatin, auch bekannt als Wachstumshormon-inhibierendes Hormon (GHIH).
Einige der hypothalamischen Hormone haben direktere Wirkungen. Ein Beispiel ist Vasopressin, auch als antidiuretisches Hormon (ADH) bekannt. Dieses Hormon bewirkt, dass die Niere die Flüssigkeitsretention erhöht und ist wichtig für die Aufrechterhaltung des richtigen Elektrolytspiegels wie Natrium und Kalium im Blut. Oxytocin, ein weiteres hypothalamisches Hormon mit direkter Wirkung auf den Körper, ist wichtig für die Stimulierung der Uteruskontraktionen während der Geburt und die Freisetzung von Milch aus der Brust einer Mutter an ein säugendes Kind. Manche Leute bezeichnen dieses Hormon als das „Liebeshormon“, da hohe Spiegel auch bei Patienten berichtet werden, die eine starke emotionale Bindung zu einem Partner haben.