Hypothalamus er en liten, men viktig struktur ved hjernens base. Den regulerer sult, tørst, kroppstemperatur, seksuell atferd og det endokrine systemet gjennom sin kontroll over hypofysen.

Klynger av kjerner i hypothalamus overvåker indre tilstander og initierer korrigerende responser. Skade på spesifikke regioner kan forårsake dramatisk overspising eller spisevegring, forstyrrelser i temperaturkontrollen eller endringer i seksuell og aggressiv atferd. Hypothalamus forbinder nervesystemet med det endokrine systemet ved å frigjøre hormoner som kontrollerer den fremre hypofysen og ved å forlenge aksoner som frigjør hormoner direkte inn i den bakre hypofysen.

Den deltar også i stressresponsen, søvn-våken-syklusen og reguleringen av døgnrytmer gjennom sine forbindelser med den suprakiasmatiske kjernen. Fordi den befinner seg i skjæringspunktet mellom motivasjon, følelser og fysiologisk kontroll, er hypothalamus sentral for å opprettholde homeostase og for drivkreftene som holder organismen i live og reproduserer seg.

Mange av kroppens mest grunnleggende regulatoriske funksjoner går gjennom denne lille delen av hjernen.