Hipotalamus proizvaja številne hormone, ki so kemične spojine, pomembne za uravnavanje notranjega okolja telesa. Sodijo v tri široke razrede. Prvi razred spodbuja druge organe telesa, da proizvajajo hormone. Zaviranje proizvodnje drugih hormonov je funkcija drugega razreda. Tretji razred hipotalamičnih hormonov neposredno vpliva na različne sisteme v telesu.
En razred hipotalamičnih hormonov so sproščujoči hormoni, ki delujejo tako, da spodbujajo proizvodnjo drugih hormonov. Na primer, hipotalamus izloča hormon, ki sprošča tirotropin (TRH), ki spodbuja hipofizo, da proizvaja ščitnični stimulirajoči hormon (TSH). TSH povzroči, da ščitnica proizvaja ščitnične hormone. Visoke ravni ščitničnega hormona v krvi zmanjšajo hipotalamično proizvodnjo TRH in tako tvorijo zaviralno povratno zanko. Vzpostavitev več ravni nadzora nad proizvodnjo hormonov pomaga zagotoviti, da telo ohranja stabilno notranje okolje.
Hipotalamus proizvaja številne druge sproščujoče hormone. Hormon, ki sprošča gonadotropin (GnRH) stimulira hipofizo, da tvori folikle stimulirajoči hormon (FSH) in luteinizirajoči hormon (LH), ki sta oba pomembna za uravnavanje reproduktivnega sistema. Količina rastnega hormona (GH), ki ga proizvaja hipofiza, se lahko poveča s hormonom, ki sprošča rastni hormon (GHRH). Podobno hormon, ki sprošča kortikotropin (CRH) spodbuja proizvodnjo adrenokortikotropnega hormona (ACTH) iz hipofize, ki je pomemben za uravnavanje hormonskega izločanja nadledvične žleze.
Hormoni hipotalamusa so lahko tudi zaviralne narave. Dopamin velja za zaviralno, ker zmanjša proizvodnjo prolaktina (Prl) v hipofizi. Prolaktin je hormon, ki je pomemben pri uravnavanju menstrualnega ciklusa in proizvodnje materinega mleka pri ženskah ter prispeva tudi k ohranjanju splošne spolne funkcije pri moških. Drug zaviralni hipotalamični hormon je somatostatin, znan tudi kot hormon, ki zavira rastni hormon (GHIH).
Nekateri hipotalamični hormoni imajo bolj neposredne učinke. En primer je vazopresin, znan tudi kot antidiuretični hormon (ADH). Ta hormon povzroči, da ledvice povečajo zadrževanje tekočine in je pomemben pri vzdrževanju pravilne ravni elektrolitov, kot sta natrij in kalij v krvi. Oksitocin, drugi hipotalamični hormon z neposrednimi učinki na telo, je pomemben za spodbujanje krčenja maternice med porodom in omogoča, da se mleko iz materinih prsi sprosti do doječega otroka. Nekateri ljudje ta hormon imenujejo hormon “ljubezni”, ker poročajo o visokih koncentracijah tudi pri bolnikih, ki imajo močno čustveno povezavo s partnerjem.