Hypotalamus tuottaa monia hormoneja, jotka ovat kemiallisia yhdisteitä, jotka ovat tärkeitä kehon sisäisen ympäristön säätelyssä. Ne jaetaan kolmeen laajaan luokkaan. Ensimmäinen luokka stimuloi muita kehon elimiä tuottamaan hormoneja. Muiden hormonien tuotannon estäminen on toisen luokan tehtävä. Kolmas hypotalamushormoniluokka vaikuttaa suoraan kehon eri järjestelmiin.
Yksi hypotalamuksen hormonien luokka on vapauttavat hormonit, jotka toimivat stimuloimalla muiden hormonien tuotantoa. Esimerkiksi hypotalamus erittää tyreotropiinia vapauttavaa hormonia (TRH), joka stimuloi aivolisäkettä tuottamaan kilpirauhasta stimuloivaa hormonia (TSH). TSH saa kilpirauhasen tuottamaan kilpirauhashormoneja. Korkeat kilpirauhashormonipitoisuudet veressä vähentävät TRH: n hypotalamuksen tuotantoa ja muodostavat siten estävän palautesilmukan. Useiden hormonitasojen hallinnan tasojen luominen auttaa varmistamaan, että keho ylläpitää vakaan sisäisen ympäristön.
Hypotalamus tuottaa useita muita vapauttavia hormoneja. Gonadotropiinia vapauttava hormoni (GnRH) stimuloi aivolisäkettä luomaan follikkelia stimuloivaa hormonia (FSH) ja luteinisoivaa hormonia (LH), jotka molemmat ovat tärkeitä lisääntymisjärjestelmän säätelylle. Aivolisäkkeen tuottaman kasvuhormonin (GH) määrää voi lisätä kasvuhormonia vapauttava hormoni (GHRH). Samoin kortikotropiinia vapauttava hormoni (CRH) stimuloi adrenokortikotrooppisen hormonin (ACTH) tuotantoa aivolisäkkeestä, mikä on tärkeää lisämunuaisen hormonaalisen tuotannon säätelemiseksi.
Hypotalamuksen hormonit voivat myös olla luonteeltaan estäviä. Dopamiinin katsotaan olevan estävä, koska se vähentää aivolisäkkeen prolaktiinin (Prl) tuotantoa. Prolaktiini on hormoni, joka on tärkeä naisten kuukautiskierron ja rintamaidon tuotannon säätelyssä ja edistää myös miesten yleisen seksuaalisen toiminnan ylläpitämistä. Toinen estävä hypotalamuksen hormoni on somatostatiini, joka tunnetaan myös nimellä kasvuhormonia estävä hormoni (GHIH).
Joillakin hypotalamuksen hormoneilla on enemmän suoria vaikutuksia. Yksi esimerkki on vasopressiini, joka tunnetaan myös nimellä antidiureettinen hormoni (ADH). Tämä hormoni saa munuaiset lisäämään nesteen kertymistä ja on tärkeä ylläpitämään elektrolyyttien, kuten natriumin ja kaliumin, oikeat tasot veressä. Oksitosiini, toinen hypotalamuksen hormoni, jolla on suoria vaikutuksia kehoon, on tärkeä stimuloimaan kohdun supistuksia synnytyksen aikana ja mahdollistamaan maidon vapautuminen äidin rintoista imeväiselle. Jotkut ihmiset kutsuvat tätä hormonia “rakkaus” -hormoniksi, koska korkeita pitoisuuksia raportoidaan myös potilailla, joilla on vahva emotionaalinen yhteys kumppaniin.