Hüpotalamus toodab paljusid hormoone, mis on keemilised ühendid, mis on olulised keha sisekeskkonna reguleerimisel. Need jagunevad kolme suurde klassi. Esimene klass stimuleerib teisi kehaorganeid tootma hormoone. Teiste hormoonide tootmise pärssimine on teise klassi funktsioon. Kolmas hüpotalamuse hormoonide klass mõjutab otseselt keha erinevaid süsteeme.
Üks hüpotalamuse hormoonide klass on vabastavad hormoonid, mis stimuleerivad teiste hormoonide tootmist. Näiteks hüpotalamus eritab türeotropiini vabastavat hormooni (TRH), mis stimuleerib hüpofüüsi tootma kilpnääret stimuleerivat hormooni (TSH). TSH põhjustab kilpnäärme hormoonide tootmist. Kilpnäärmehormooni kõrge tase veres vähendab TRH hüpotalamuse tootmist, moodustades seega inhibeeriva tagasiside ahela. Hormoonide tootmise kontrolli mitme taseme kehtestamine aitab tagada, et keha säilitab stabiilse sisekeskkonna.
Hüpotalamus toodab mitmeid teisi vabastavaid hormoone. Gonadotropiini vabastav hormoon (GnRH) stimuleerib hüpofüüsi tootma folliikuleid stimuleerivat hormooni (FSH) ja luteiniseerivat hormooni (LH), mis mõlemad on olulised reproduktiivsüsteemi reguleerimiseks. Hüpofüüsi toodetud kasvuhormooni (GH) kogust võib suurendada kasvuhormooni vabastav hormoon (GHRH). Samamoodi stimuleerib kortikotropiini vabastav hormoon (CRH) adrenokortikotroopse hormooni (ACTH) tootmist hüpofüüsis, mis on oluline neerupealise hormonaalse väljundi reguleerimiseks.
Hüpotalamuse hormoonid võivad olla ka inhibeerivad. Dopamiini peetakse inhibeerivaks, kuna see vähendab prolaktiini (Prl) tootmist hüpofüüsis. Prolaktiin on hormoon, mis on oluline naiste menstruaaltsükli ja rinnapiima tootmise reguleerimisel ning aitab kaasa ka üldise seksuaalfunktsiooni säilitamisele meestel. Teine pärssiv hüpotalamuse hormoon on somatostatiin, tuntud ka kui kasvuhormooni inhibeeriv hormoon (GHIH).
Mõnedel hüpotalamuse hormoonidel on otsesem mõju. Üks näide on vasopressiin, tuntud ka kui antidiureetiline hormoon (ADH). See hormoon suurendab neerude vedelikupeetust ja on oluline elektrolüütide (nt naatriumi ja kaaliumi) õige taseme säilitamiseks veres. Oksütotsiin, teine hüpotalamuse hormoon, millel on otsene mõju organismile, on oluline emaka kontraktsioonide stimuleerimiseks sünnituse ajal ja piima eritumiseks ema rinnast imetavale lapsele. Mõned inimesed nimetavad seda hormooni “armastuse” hormooniks, kuna kõrget taset on teatatud ka patsientidel, kellel on partneriga tugev emotsionaalne side.