Podwzgórze wytwarza wiele hormonów, które są związkami chemicznymi ważnymi w regulacji środowiska wewnętrznego organizmu. Dzielą się na trzy szerokie klasy. Pierwsza klasa stymuluje inne narządy organizmu do produkcji hormonów. Hamowanie produkcji innych hormonów to funkcja drugiej klasy. Trzecia klasa hormonów podwzgórza wpływa bezpośrednio na różne układy w ciele.
Jedną z klas hormonów podwzgórza są hormony uwalniające, które działają poprzez stymulowanie produkcji innych hormonów. Na przykład podwzgórze wydziela hormon uwalniający tyreotropinę (TRH), który stymuluje przysadkę mózgową do wytwarzania hormonu tyreotropowego (TSH). TSH powoduje, że tarczyca wytwarza hormony tarczycy. Wysoki poziom hormonu tarczycy we krwi zmniejsza produkcję TRH podwzgórza, tworząc w ten sposób hamującą pętlę sprzężenia zwrotnego. Ustalenie wielu poziomów kontroli produkcji hormonów pomaga zapewnić, że organizm utrzymuje stabilne środowisko wewnętrzne.
Podwzgórze wytwarza szereg innych hormonów uwalniających. Hormon uwalniający gonadotropiny (GnRH) stymuluje przysadkę mózgową do wytwarzania hormonu folikulotropowego (FSH) i hormonu luteinizującego (LH), które są ważne dla regulacji układu rozrodczego. Ilość hormonu wzrostu (GH) wytwarzanego przez przysadkę może być zwiększona przez hormon uwalniający hormon wzrostu (GHRH). Podobnie hormon uwalniający kortykotropinę (CRH) stymuluje produkcję hormonu adrenokortykotropowego (ACTH) w przysadce mózgowej, co jest ważne dla regulacji wydzielania hormonów nadnerczy.
Hormony podwzgórza mogą również mieć charakter hamujący. Uważa się, że dopamina działa hamująco, ponieważ zmniejsza wytwarzanie prolaktyny (Prl) przez przysadkę. Prolaktyna jest hormonem, który jest ważny w regulacji cyklu miesiączkowego i produkcji mleka u kobiet, a także przyczynia się do utrzymania ogólnych funkcji seksualnych u mężczyzn. Innym hamującym hormonem podwzgórza jest somatostatyna, znana również jako hormon hamujący hormon wzrostu (GHIH).
Niektóre hormony podwzgórza mają bardziej bezpośrednie działanie. Jednym z przykładów jest wazopresyna, znana również jako hormon antydiuretyczny (ADH). Hormon ten powoduje zwiększenie retencji płynów przez nerki i jest ważny w utrzymaniu prawidłowego poziomu elektrolitów, takich jak sód i potas we krwi. Oksytocyna, inny hormon podwzgórza mający bezpośredni wpływ na organizm, jest ważna dla stymulacji skurczów macicy podczas porodu i umożliwienia uwolnienia mleka z piersi matki do karmionego niemowlęcia. Niektórzy ludzie nazywają ten hormon „hormonem miłości”, ponieważ wysokie poziomy są również zgłaszane u pacjentów, którzy mają silny związek emocjonalny z partnerem.