下丘脑是间脑的重要组成部分，它在人体的生理功能调节中起着多方面关键作用。下丘脑能参与内分泌调节，比如它可以分泌多种释放激素和抑制激素，来调节垂体前叶激素的分泌，进而影响甲状腺、肾上腺、性腺等内分泌腺体的功能。
内分泌调节功能：
激素分泌调控： 下丘脑分泌促甲状腺激素释放激素，它能刺激垂体分泌促甲状腺激素，促甲状腺激素又会作用于甲状腺，促进甲状腺激素的合成与分泌。下丘脑还会分泌促肾上腺皮质激素释放激素，促使垂体分泌促肾上腺皮质激素，进而调节肾上腺皮质激素的分泌。对性腺的影响： 下丘脑分泌的促性腺激素释放激素，能调控垂体分泌促性腺激素，促性腺激素会影响性腺的发育和性激素的分泌，对生殖系统的正常功能维持至关重要。
体温调节功能：
温度感知与调节： 下丘脑存在体温调节中枢，它能感受体内外温度的变化。当体温升高时，下丘脑会通过神经调节和体液调节来增加散热，比如使皮肤血管扩张、汗腺分泌增加等；当体温降低时，会减少散热、增加产热，像使肌肉战栗等，从而维持体温在37℃左右的相对稳定状态。
水盐平衡调节功能：
抗利尿激素分泌： 下丘脑能合成并分泌抗利尿激素，抗利尿激素储存于垂体后叶，当体内缺水时，下丘脑会刺激垂体后叶释放抗利尿激素，抗利尿激素作用于肾脏肾小管和集合管，促进对水分的重吸收，减少尿液排出，维持体内的水盐平衡；当体内水分过多时，抗利尿激素分泌减少，肾小管和集合管对水分重吸收减少，尿液排出增多。
摄食行为调节功能：
食欲控制： 下丘脑内存在摄食中枢和饱中枢等调控摄食的区域。摄食中枢兴奋时会引起进食欲望，饱中枢兴奋时则会产生饱腹感觉，通过两者的平衡来调节机体的摄食行为，保证机体获得合适的营养物质摄入。