Hipotalamus proizvodi mnoštvo hormona, koji su kemijski spojevi važni za regulaciju unutarnjeg okruženja tijela. Spadaju u tri široke klase. Prva klasa potiče druge organe u tijelu da proizvode hormone. Inhibicija proizvodnje drugih hormona je funkcija druge klase. Treća klasa hormona hipotalamusa izravno su pod utjecajem različitih sustava unutar tijela.
Jedna klasa hormona hipotalamusa su hormoni oslobađanja, koji djeluju stimulirajući proizvodnju drugih hormona. Na primjer, hipotalamus luči tireotropin oslobađajući hormon (TRH), koji stimulira hipofizu da proizvodi hormon koji stimulira štitnjaču (TSH). TSH uzrokuje da štitnjača stvara hormone štitnjače. Visoke razine hormona štitnjače u krvi smanjuju hipotalamusnu proizvodnju TRH, stvarajući tako inhibicijsku povratnu petlju. Uspostavljanje više razina kontrole za proizvodnju hormona pomaže osigurati da tijelo održava stabilno unutarnje okruženje.
Hipotalamus proizvodi niz drugih oslobađajućih hormona. Hormon koji oslobađa gonadotropin (GnRH) stimulira hipofizu na stvaranje folikulostimulirajućeg hormona (FSH) i luteinizirajućeg hormona (LH), a oba su važna za regulaciju reproduktivnog sustava. Količina hormona rasta (GH) koju proizvodi hipofiza može se povećati hormonom koji oslobađa hormon rasta (GHRH). Slično, kortikotropin-oslobađajući hormon (CRH) stimulira proizvodnju adrenokortikotropnog hormona (ACTH) iz hipofize, što je važno za regulaciju hormonskog izlučivanja nadbubrežne žlijezde.
Hormoni hipotalamusa također mogu biti inhibitorne prirode. Dopamin se smatra inhibitornim jer smanjuje proizvodnju prolaktina (Prl) u hipofizi. Prolaktin je hormon koji je važan u regulaciji menstrualnog ciklusa i proizvodnje majčinog mlijeka kod žena, a također doprinosi održavanju opće spolne funkcije kod muškaraca. Drugi inhibicijski hormon hipotalamusa je somatostatin, također poznat kao hormon koji inhibira hormon rasta (GHIH).
Neki od hormona hipotalamusa imaju izravnije učinke. Jedan primjer je vazopresin, također poznat kao antidiuretski hormon (ADH). Ovaj hormon uzrokuje da bubrezi povećavaju zadržavanje tekućine i važan je u održavanju ispravne razine elektrolita kao što su natrij i kalij u krvi. Oksitocin, drugi hormon hipotalamusa s izravnim djelovanjem na tijelo, važan je za poticanje kontrakcija maternice tijekom poroda i omogućavanje oslobađanja mlijeka iz majčinih grudi do dojenčeta. Neki ljudi ovaj hormon nazivaju “hormonom ljubavi”, jer se visoke razine također javljaju kod pacijenata koji imaju snažnu emocionalnu povezanost s partnerom.