É uma área relativamente pequena do diencéfalo, situada abaixo do tálamo. Não obstante, ele contém os sistemas integradores que, através dos sistemas efetores autônomo e endócrino, controlam o equilíbrio de líquidos e de eletrólitos, a ingestão de alimentos e o equilíbrio de energia, a reprodução, a termorregulação, as respostas imunológicas e muitas respostas emocionais.
O hipotálamo estende-se da lâmina terminal até um plano vertical posterior aos corpos mamilares, e do sulco hipotalâmico até a base do encéfalo, abaixo do terceiro ventrículo. Ele encontra-se abaixo do tálamo e anterior à parte tegmental do subtálamo e ao tegmento mesencefálico
O hipotálamo tem importantes interações com o sistema neuroendócrino e com o sistema nervoso autônomo, integrando respostas com estímulos aferentes internos e externos, com a complexa análise do mundo fornecida pelo córtex cerebral.
O hipotálamo controla o sistema endócrino de diversos modos: através de projeções neurossecretoras magnocelulares para a neuro-hipófise; através de projeções neurossecretoras parvocelulares para a eminência mediana e através do sistema nervoso autônomo
O hipotálamo influencia as divisões parassimpática e simpática do sistema nervoso autônomo. Em geral, os efeitos parassimpáticos predominam quando a parte anterior do hipotálamo é estimulada; os efeitos simpáticos dependem mais da parte posterior do hipotálamo.
A estimulação da parte anterior do hipotálamo e do núcleo paraventricular pode causar um decréscimo da pressão sanguínea e da frequência cardíaca. A estimulação na parte anterior do hipotálamo induz a sudorese e a vasodilatação através de projeções que seguem através da parte medial do prosencéfalo para centros autônomos no tronco encefálico e na medula espinal.
Projeções para o hipotálamo ventromedial regulam conjuntamente a ingesta de alimentos. A estimulação na parte posterior do hipotálamo induz o estímulo simpático que produz vasoconstrição, ereção de pelos, tremores e produção aumentada de calor metabólico.
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