Хипоталамусът е център на вегетативната нервна система. Той е част от междинния мозък и макар да тежи 4-5 града има изключително важно значение за редица функции на организма. Състои се от 32 чифтни ядра, свързани с почти всички отдели на централната нервна система. Обособява се от три дяла – преден, среден, заден. Предният дял е център на парасимпатикусовия дял на вегетативната нервна система, на центровете на глада и жаждата, както и за регулация на биологичните ритми, като цикъл нощ-ден, събуждане-заспиване, телесна температура, концентрация на хормоните в кръвта в различните часове на денонощието и други. В средния дял се намира центърът на дишането и ядрата на два хормона, които се складират в задния дял на хипофизата. В задния дял се намира центърът на симпатикусовия дял на вегетативната нервна система.
Хипоталамусът е малка структура, както и хипофизата, като и двете части са разположени в основата на междинния мозък, със специална анатомична връзка. Някои неврони на хипоталамуса имат удължения, които достигат до задния дял на неврохипофизата, а мрежа от венозни съдове отвежда образуваните от хипоталамуса хормони в предния дял на аденохипофизата. Хипоталамусът се намира базално от таламуса и се отделя от него чрез бразда. Част от структурата са две полусферични телца с големина на грахови зърна, като всяко от тях е покрито от бяло мозъчно вещество отвън и във вътрешността си имат медиални и латерални ядра. Тези ядра изпращат еферентни влакна в предните ядра на таламуса и до ствола на мозъка. Има и издутина от сиво мозъчно вещество, което надолу продължава фуниевидно в инфундибулум, който от своя страна е свързан с хипофизата. Сивата върга е изградена от разпърснати нервни клетки с различна големина и форма.
Хипоталамусът се разделя на пет полета – рострално, дорзално, междинно, латерално и задно. Има сложни двустранни връзки с много части на централната нервна система. Установени са директни и индиректни връзки с ретикуларната формация на мозъчния ствол, с лимбичната система, с различни участъци на мозъчната кора и с таламуса. Хипоталамусът регулира осмотичното налягане и обема на кръвта, осъществява контрол върху сърдечносъдовата система, контролира телесната температура, поемането на храна и метаболизма. Той има директно отношение за сексуалното поведение и репродукцията. Хипоталамусът се грижи за отношенията между нервната и ендокринната система. В него се секретират различни хормони, които регулират дейността на хипофизата, стимулиращи и потискащи, водната обмяна – вазопресин – и тонуса на маточната мускулатура – окситоцин.