Talamus dan hipotalamus keduanya nama struktur di otak. Sementara hipotalamus berbentuk kerucut, talamus terdiri dari dua lobus yang terhubung, satu terletak di setiap belahan. Hipotalamus mengatur proses metabolisme vital tubuh, mempengaruhi suhu, tekanan darah, rasa lapar, haus, dan tidur. Ini mengontrol sistem endokrin dengan mempengaruhi produksi hormon kelenjar pituitari. Talamus mengambil informasi dari sejumlah area otak yang berbeda dan menyampaikannya ke korteks serebral, lapisan luar materi abu-abu tempat fungsi otak tingkat tinggi berlangsung.
Baik dalam struktur maupun fungsi, talamus dan hipotalamus sangat berbeda, tetapi nama-namanya tampak mirip. Nama-nama tersebut mirip karena hypo berarti di bawah, dan hipotalamus dinamai berdasarkan posisinya, yang berada di bawah talamus. Baik talamus dan hipotalamus adalah bagian dari area otak yang dikenal sebagai diencephalon.
Fungsi hipotalamus dalam mempertahankan keadaan normal tubuh dikenal sebagai homeostasis. Berat badan seseorang, suhu, tekanan darah dan keseimbangan cairan semuanya diatur sebagai bagian dari proses ini. Hipotalamus menerima informasi tentang berbagai bagian tubuh melalui sistem saraf, memungkinkannya untuk merangsang perubahan yang membawa sistem kembali ke keseimbangan.
Informasi tentang faktor-faktor seperti tekanan darah, suhu kulit, kepenuhan usus, dan konsentrasi berbagai zat dalam darah diterima oleh hipotalamus, yang kemudian dapat mengaktifkan sistem saraf otonom atau sistem endokrin. Melalui sistem saraf otonom, respons yang melibatkan keringat, detak jantung, pencernaan, dan penyempitan pembuluh darah dapat digunakan untuk mengubah keadaan tubuh. Hipotalamus mengontrol sistem endokrin melalui kelenjar pituitari, merangsangnya untuk menghasilkan hormon yang mempengaruhi kelenjar seperti tiroid dan adrenal. Hal ini memungkinkan untuk mengubah metabolisme, tekanan darah dan pelepasan adrenalin.
Baik sensorik, yang berarti dari indera, dan motorik, atau gerakan, informasi yang disampaikan oleh talamus ke korteks. Sensasi seperti rasa sakit, informasi dari usus dan emosi semuanya ditransmisikan melalui thalamus. Informasi mengenai indera penciuman berbeda dari indra lainnya, karena hanya mencapai talamus setelah diterima oleh korteks. Siklus sirkadian, seperti siklus bangun tidur, sebagian diatur oleh thalamus. Karena hipotalamus juga berkaitan dengan siklus bangun tidur, ini adalah salah satu area di mana input dari talamus dan hipotalamus terlibat.