Гипоталамус связан как с аденогипофизом (передней долей гипофиза), так и с нейрогипофизом (задней долей гипофиза). Однако системы гипоталамус—нейрогипофиз и гипоталамус—аденогипофиз существенно различаются. Система гипоталамус—нейрогипофиз отвечает за выделение двух гормонов — АДГ и окситоцина, выполняющих довольно ограниченные функции. Система же гипоталамус—аденогипофиз управляет множеством других эндокринных желез, гормоны которых отвечают за долговременные состояния организма в целом. Таким образом, система гипоталамус—аденогипофиз является центральным регулятором эндокринных функций, и поэтому именно ее обычно подразумевают, когда говорят о гипоталамо-гипофизарной системе.