Układ hormonalny reguluje ważne funkcje organizmu, takie jak temperatura i metabolizm, kontrolując produkcję hormonów przez organizm. Hormony te są wydzielane do krwi przez narządy dokrewne, takie jak przysadka mózgowa, tarczyca i nadnercza, zanim dotrą do tkanek docelowych. To, co jest znane jako ujemne sprzężenie zwrotne, reguluje ilość dostępnych hormonów, wykrywając wzrost poziomu we krwi powyżej progu i hamując produkcję hormonów. Zapobiega to dalszemu wzrostowi poziomu hormonów we krwi, co może prowadzić do choroby.
Chociaż występuje dodatnie sprzężenie zwrotne, ujemne sprzężenie zwrotne w układzie hormonalnym jest znacznie częstsze. Proces ujemnego sprzężenia zwrotnego jest czasami porównywany do systemu ogrzewania domu, w którym temperatury powyżej pewnego poziomu są wykrywane przez termostat. Powoduje to wyłączenie ogrzewania, aż temperatura spadnie poniżej minimalnego progu, po czym ogrzewanie ponownie się włączy. Negatywne sprzężenie zwrotne prowadzi do włączania i wyłączania produkcji hormonów, tworząc impulsy wydzielania hormonów. Oznacza to, że poziom hormonów we krwi cyklicznie wzrasta i spada, w stosunkowo wąskim normalnym zakresie.
Przykładem negatywnego sprzężenia zwrotnego w układzie hormonalnym jest regulacja hormonów tarczycy. Zaczyna się od podwzgórza mózgu, które wytwarza hormon uwalniający tarczycę (TRH). Hormon ten przemieszcza się do pobliskiej przysadki mózgowej, powodując produkcję hormonu tyreotropowego (TSH), który jest następnie uwalniany do krwiobiegu. Po dotarciu do tarczycy TSH stymuluje tamtejsze komórki do wydzielania hormonów tarczycy. Są to ważne hormony, które wpływają na fizjologię praktycznie wszystkich komórek organizmu.
Kiedy poziom hormonów tarczycy we krwi osiąga górny próg, wpływa to na komórki podwzgórza, które wytwarzają i wydzielają TRH. W rezultacie spada poziom TRH, następnie TSH i wreszcie hormonów tarczycy. Gdy poziom hormonów tarczycy we krwi spadnie poniżej dolnego progu, negatywne sprzężenie zwrotne się kończy. Oznacza to, że TRH jest ponownie wytwarzane przez podwzgórze, co prowadzi do ponownego wydzielania TSH oraz syntezy i uwalniania hormonów tarczycy.
Produkcja hormonów wielu gruczołów dokrewnych jest związana z kontrolą przez ujemne sprzężenie zwrotne. Oprócz pętli sprzężenia zwrotnego na wydzielanie hormonów mogą wpływać inne czynniki. Jednym z przykładów jest wzrost wydzielania TRH obserwowany u małego dziecka znajdującego się w zimnym środowisku. Uważa się, że mechanizm ten wynika ze zdolności hormonów tarczycy do regulowania temperatury ciała.