在结构与功能上，下丘脑与垂体的联系非常密切，可将它们看成一个下丘脑一垂体功能单位。下丘脑一垂体功能单位包括下丘脑一腺垂体系统和下丘脑一神经垂体系统两部分。位于下丘脑内侧基底部“促垂体区”的小细胞肽能神经元分泌下丘脑调节肽，经垂体门脉系统运送到腺垂体，调节腺垂体激素的合成与释放，构成了下丘脑一腺垂体单位;而位于下丘脑前部视上核和室旁核的大细胞肽能神经元可合成血管升压素和缩宫素，经下丘脑垂体束的轴浆运输贮存于神经垂体，构成了下丘脑一神经垂体单位。这样，下丘脑的一些神经元既保持典型的神经细胞的功能，又能分泌激素，它们可将从大脑或中枢神经系统其他部位传来的神经信息转变为激素的信息，起着换能神经元的作用，从而以下丘脑为枢纽，把神经调节与体液调节联系起来。