Основные ядра гипоталамуса (пространственная реконструкция): 1 — мозолистое тело; 2 — прозрачная перегородка; 3 — 
В гипоталамусе насчитывается более трех десятков ядер, которые делятся на передние, средние и задние. Гипоталамус имеет обширные связи как со всеми отделами центральной нервной системы, так и с железами внутренней секреции (система гипоталамус — гипофиз — надпочечники).
Благодаря этим обширным, полимодальным связям гипоталамус выступает в качестве высшего подкоркового регулятора обмена веществ и температуры тела, мочеотделения, функций желез внутренней секреции. Он оказывает влияние на сердечную деятельность, пищеварение, осмотическое давление.
В 1939 г. американские ученые Клевер и Бюси обнаружили, что после разрушения у обезьян отдельных участков гипоталамуса совершенно меняется их поведение, связанное с удовлетворением потребности в пище. Обезьяны проглатывали несъедобные предметы, при возникновении угрозы вели себя неопределенно: защитные поведенческие реакции оказались у них нарушенными. В гипоталамусе были открыты центры формирования основных влечений или первичных мотиваций (центры голода, жажды, полового влечения).
Передние ядра гипоталамуса являются центрами парасимпатической регуляции, задние ядра регулируют симпатические влияния. Раздражение передних или задних ядер полностью воспроизводит картину симпатических или парасимпатических влияний на физиологические функции организма. Средние ядра гипоталамуса регулируют обмен веществ, пишедобывательные поведенческие реакции, формируют чувства голода, жажды, насыщения.
«Физиология человека», Н.А. Фомин