下丘腦能神經元與來自其他部位的神經纖維有廣泛的突觸聯絡，其神經遞質比較複雜，可分為兩大類：一類遞質是肽類物質，如腦啡肽、β-內啡肽、神經降壓素、P物質、血管活性腸肽及膽囊收縮素等；另一類遞質是單胺類物質，主要有多巴胺（DA）、去甲腎上腺素（NE）與5-羥色胺（5-HT）。

組織化學研究表明，三種單胺類遞質的濃度，以下丘腦“促垂體區”正中隆起附近最高。單胺能神經元可直接與釋放下丘腦調節肽的肽能神經元發生突觸聯絡，也可以透過多突觸發生聯絡。單胺能神經元透過釋放單胺類遞質，調節肽能神經元的活動。下丘腦單受能神經元的活動不斷受中樞神經系統其他部位的影響，所以它們對下丘腦調節肽分泌的調節作用比較複雜。

阿片肽對下丘腦調節肽的釋放有明顯的影響。例如，給人注射腦啡肽或β-內啡肽可抑制CRH的釋放，從而使ACTH分泌減少，而納洛酮則有促進CRH釋放的作用；注射腦啡肽或β-內啡肽可刺激下丘腦釋放TRH和GHRH，使腺垂體分泌TSH與GH增加，而對下丘腦的GnRH釋放則有明顯的抑制作用。