Podstawową funkcją podwzgórza jest połączenie układu hormonalnego z autonomicznym układem nerwowym w celu utrzymania stanu homeostazy organizmu. Mała struktura znajdująca się nad pniem mózgu, podwzgórze ma złożony system wejść i wyjść. Pozwalają one szybko reagować na zmieniające się warunki i odpowiednio dostosowywać organizm. Do jego wielu zadań należą podstawowe funkcje, takie jak cykle snu, uczucie głodu lub pragnienia oraz regulacja temperatury ciała. Kontroluje również wiele aspektów układu rozrodczego i jest miejscem emocji.
Poprzez uwalnianie specjalnych neurohormonów podwzgórze kontroluje przysadkę mózgową, gruczoł nadrzędny układu hormonalnego. Te sygnały chemiczne aktywują różne funkcje przysadki, gdy podwzgórze wyczuje, że jest to konieczne. Z kolei przysadka mózgowa uwalnia do krwiobiegu inne hormony. Hormony te kontrolują inne gruczoły dokrewne i szeroki wachlarz funkcji metabolicznych w organizmie. Funkcja podwzgórza w kontrolowaniu głodu i pragnienia, funkcjonowania seksualnego i wzrostu jest realizowana przez ten system.
Chociaż mechanizm działania nie jest do końca poznany, podwzgórze kontroluje apetyt i utrzymuje stabilną masę ciała. Otrzymuje dane sensoryczne, w tym zapach, smak i pełność żołądka. Na podstawie tych sygnałów inicjuje uczucie głodu lub nasycenia. Ta funkcja podwzgórza jest uważana za ważną dla zrozumienia sukcesu lub niepowodzenia programów odchudzania. Dysfunkcje w osi podwzgórze-przysadka-nadnercza mogą odgrywać rolę w niektórych zaburzeniach odżywiania.
Podczas gdy podwzgórze wysyła sygnały chemiczne do układu hormonalnego, wysyła sygnały neuronowe do autonomicznego układu nerwowego. Poprzez połączenie z autonomicznym układem nerwowym podwzgórze kontroluje tętno, ciśnienie krwi, oddychanie i trawienie. Zbiera dane sensoryczne z narządów wewnętrznych, skóry, oczu, naczyń krwionośnych i innych. Podwzgórze stale interpretuje wszystkie te informacje, wysyłając sygnały neuronowe, które w razie potrzeby aktywują układ współczulny i przywspółczulny autonomicznego układu nerwowego. Głównym celem jest zachowanie stanu homeostazy organizmu.
Urazy, infekcje, zaburzenia genetyczne i inne stany mogą zmienić funkcję podwzgórza. Może to powodować szereg dysfunkcji w skomplikowanych układach kontrolujących gruczoły dokrewne i autonomiczny układ nerwowy. U dzieci dysfunkcja może prowadzić do nadmiernego lub upośledzonego wzrostu oraz przedwczesnego lub zbyt późnego początku dojrzewania. Tarczyca lub nadnercza mogą być nadczynne lub niedoczynne, wpływając na liczne procesy metaboliczne. Mogą wystąpić zaburzenia odżywiania i nadmierne pragnienie lub oddawanie moczu.
Problemy emocjonalne i związane z nimi problemy fizyczne mogą się objawiać, jeśli podwzgórze jest upośledzone. Niezdolność do dokładnej interpretacji i reakcji na bodźce sensoryczne może skutkować depresją, zaburzeniami snu lub nadpobudliwością. Ponieważ podwzgórze odgrywa rolę w emocjach i zachowaniu, a także autonomicznym układzie nerwowym, każda utrata funkcji może zmienić sposób, w jaki dana osoba reaguje na stres. Uważa się, że funkcjonowanie układu odpornościowego jest również powiązane z podwzgórzem. W rezultacie upośledzenie tej struktury może skutkować wadliwą odpowiedzią immunologiczną.