Hypotalamus producerar en mängd hormoner, som är kemiska föreningar som är viktiga för att reglera kroppens inre miljö. De delas in i tre breda klasser. Den första klassen stimulerar andra organ i kroppen att producera hormoner. Att hämma produktionen av andra hormoner är den andra klassens funktion. Olika system i kroppen påverkas direkt av den tredje klassen av hypotalamiska hormoner.
En klass av hypotalamiska hormoner är de frisättande hormonerna, som verkar genom att stimulera produktionen av andra hormoner. Till exempel utsöndrar hypotalamus tyreotropinfrisättande hormon (TRH), som stimulerar hypofysen att producera sköldkörtelstimulerande hormon (TSH). TSH får sköldkörteln att skapa sköldkörtelhormoner. Höga nivåer av sköldkörtelhormon i blodet minskar den hypotalamiska produktionen av TRH, vilket bildar en hämmande återkopplingsslinga. Att etablera flera nivåer av kontroll för hormonproduktionen hjälper till att säkerställa att kroppen upprätthåller en stabil inre miljö.
Hypotalamus producerar ett antal andra frisättande hormoner. Gonadotropinfrisättande hormon (GnRH) stimulerar hypofysen att skapa follikelstimulerande hormon (FSH) och luteiniserande hormon (LH), som båda är viktiga för att reglera reproduktionssystemet. Mängden tillväxthormon (GH) som produceras av hypofysen kan ökas av det tillväxthormonfrisättande hormonet (GHRH). På samma sätt stimulerar kortikotropinfrisättande hormon (CRH) produktionen av adrenokortikotropiskt hormon (ACTH) från hypofysen, vilket är viktigt för regleringen av binjurens hormonella produktion.
Hypotalamushormoner kan också vara hämmande till sin natur. Dopamin anses vara hämmande eftersom det minskar produktionen av prolaktin (Prl) i hypofysen. Prolaktin är ett hormon som är viktigt för att reglera menstruationscykeln och bröstmjölksproduktionen hos kvinnor, och som även bidrar till att upprätthålla den allmänna sexuella funktionen hos män. Ett annat hämmande hypotalamiskt hormon är somatostatin, även känt som tillväxthormonhämmande hormon (GHIH).
Vissa av de hypotalamiska hormonerna har mer direkta effekter. Ett exempel är vasopressin, även känt som det antidiuretiska hormonet (ADH). Detta hormon får njurarna att öka vätskeretentionen och är viktigt för att upprätthålla de korrekta nivåerna av elektrolyter som natrium och kalium i blodet. Oxytocin, ett annat hypotalamiskt hormon med direkta effekter på kroppen, är viktigt för att stimulera livmodersammandragningar under förlossningen och för att tillåta mjölk att frigöras från en mammas bröst till ett diande spädbarn. Vissa människor hänvisar till detta hormon som ”kärleks”-hormonet eftersom höga nivåer också rapporteras hos patienter som har en stark känslomässig koppling till en partner.