下丘脑与垂体的联系密切，主要通过特殊的结构和复杂的神经
内分泌机制相连，可分为与腺垂体的联系和与神经垂体的联系两方面。
下丘脑与腺垂体之间通过垂体门脉系统相连。垂体上动脉从基底动脉环发出后，进入正中隆起，在这里分支形成初级毛细血管网。这些初级毛细血管网汇集形成垂体门微静脉，后者下行至腺垂体，再次分支形成次级毛细血管网。下丘脑的一些神经细胞（如弓状核、视上核等部位的神经
内分泌细胞）能合成多种调节肽，包括促甲状腺激素释放激素、促性腺激素释放激素、生长激素释放激素等释放激素，以及生长抑素、催乳素释放抑制因子等释放抑制激素。这些调节肽通过轴突末梢释放进入初级毛细血管网，再经垂体门微静脉运输到腺垂体的次级毛细血管网，从而调节腺垂体细胞的分泌活动。例如，促甲状腺激素释放激素可促进腺垂体分泌促甲状腺激素，进而影响甲状腺的功能。
下丘脑与神经垂体之间存在直接的神经联系，即下丘脑 - 神经垂体束。该神经束由下丘脑视上核和室旁核的神经细胞的轴突组成，这些轴突经漏斗直接延伸至神经垂体。视上核和室旁核的神经细胞能合成抗利尿激素和催产素，合成后与载体蛋白结合形成分泌颗粒，沿着下丘脑 - 神经垂体束的轴突运输并储存于神经垂体的神经末梢处。当机体需要时，神经冲动沿下丘脑 - 神经垂体束传导，促使神经末梢将抗利尿激素和催产素释放入血液循环，发挥相应的生理作用。如抗利尿激素可促进肾小管和集合管对水的重吸收，减少尿量。
综上所述，下丘脑通过垂体门脉系统调节腺垂体的分泌功能，通过下丘脑 - 神经垂体束与神经垂体进行直接的神经联系，实现对垂体的精确调控，进而影响全身的生理功能。
