A hipotalamusz egy kicsi, de kritikus fontosságú struktúra az agy tövében. Szabályozza az éhséget, a szomjúságot, a testhőmérsékletet, a szexuális viselkedést és az endokrin rendszert az agyalapi mirigy irányításán keresztül.

A hipotalamuszban található sejtmagcsoportok figyelik a belső állapotokat, és korrekciós válaszokat indítanak el. Bizonyos régiók károsodása drámai túlevést vagy az evés megtagadását, a testhőmérséklet-szabályozás zavarait, vagy a szexuális és agresszív viselkedés megváltozását okozhatja. A hipotalamusz az idegrendszert az endokrin rendszerrel köti össze az elülső agyalapi mirigyet szabályozó hormonok kibocsátásával, valamint az axonok meghosszabbításával, amelyek hormonokat szabadítanak fel közvetlenül az agyalapi mirigy hátsó lebenyébe.

Kapcsolatain keresztül a suprachiasmatikus maggal részt vesz a stresszválaszban, az alvás-ébrenlét ciklusában és a cirkadián ritmusok szabályozásában is. Mivel a motiváció, az érzelem és a fiziológiai kontroll metszéspontjában helyezkedik el, a hipotalamusz központi szerepet játszik a homeosztázis fenntartásában és azokban a hajtóerőkben, amelyek életben tartják a szervezetet és a szaporodást.

A test számos alapvető szabályozó funkciója ezen a kis agyterületen keresztül történik.