下丘腦是大腦皮層下調(diào)節(jié)內(nèi)臟活動的高級中樞，它把內(nèi)臟活動與其他生理活動聯(lián)系起來，調(diào)節(jié)著體溫、攝食、水平衡和內(nèi)分泌腺活動等重要的生理功能。
體溫調(diào)節(jié) 動物實驗中觀察到，在下丘腦以下橫切腦干后，其體溫就不能保持相對穩(wěn)定；若在間腦以上切除大腦后，體溫調(diào)節(jié)仍能維持相對穩(wěn)定�，F(xiàn)已肯定，體溫調(diào)節(jié)中樞在下丘腦；下丘腦前部是溫度敏感神經(jīng)元的所在部位，它們感受著體內(nèi)溫度的變化；下丘腦后部是體溫調(diào)節(jié)的整合部位，能調(diào)整機體的產(chǎn)熱和散熱過程，以保持體溫穩(wěn)定于一定水平（參見第九章）。
攝食行為調(diào)節(jié) 用埋藏電極刺激清醒動物下丘腦外側(cè)區(qū)，則引致動物多食，而破壞此區(qū)后，則動物拒食；電刺激下丘腦腹內(nèi)側(cè)核則動物拒食，破壞此核后，則動物食欲增大而逐漸肥胖。由此認為，下丘腦外側(cè)區(qū)存在攝食中樞，而腹內(nèi)側(cè)核存在所謂飽中樞，后者可以抑制前者的活動。用微電極分別記錄下丘腦外側(cè)區(qū)和腹內(nèi)側(cè)核的神經(jīng)元放電，觀察到動物在饑餓情況下，前者放電頻率較高而后者放電頻率較低；靜脈注入葡萄糖后，則前者放電頻率減少而后者放電頻率增多。說明攝食中樞與飽中樞的神經(jīng)元活動具有相互制約的關(guān)系，而且這些神經(jīng)元對血糖敏感，血糖水平的高低可能調(diào)節(jié)著攝食中樞和飽中樞的活動。
水平衡調(diào)節(jié) 水平衡包括水的攝入與排出兩個方面，人體通過渴感引起攝水，而排水則主要取決于腎臟的活動。損壞下丘腦可引致煩渴與多尿，說明下丘腦對水的攝入與排出均有關(guān)系。
下丘腦內(nèi)控制攝水的區(qū)域與上述攝食中樞極為靠近。破壞下丘腦外側(cè)區(qū)后，動物除拒食外，飲水也明顯減少；刺激下丘腦外側(cè)區(qū)某些部位，則可引致動物飲水增多。
下丘腦控制排水的功能是通過改變抗利尿激素的分泌來完成的。下丘腦內(nèi)存在著滲透壓感受器，它能感受血液的晶體滲透壓變化來調(diào)節(jié)抗利尿激素的分泌；滲透壓感受器和抗利尿激素合成的神經(jīng)元均在視上核和室旁核內(nèi)。一般認為，下丘腦控制攝水的區(qū)域與控制抗利尿激素分泌的核團在功能上是有聯(lián)系的，兩者協(xié)同調(diào)節(jié)著水平衡。
對腺垂體激素分泌的調(diào)節(jié) 下丘腦的神經(jīng)分泌小細胞能合成調(diào)節(jié)腺垂體激素分泌的肽類化學(xué)物質(zhì)，稱為下丘腦調(diào)節(jié)肽。這些調(diào)節(jié)肽在合成后即經(jīng)軸突運輸并分泌到正中隆起，由此經(jīng)垂體門脈系統(tǒng)到達腺垂體，促進或抑制某種腺垂體激素的分泌。下丘腦調(diào)節(jié)肽已知的有九種：促甲狀腺激素釋放激素、促性腺素釋放激素、生長素釋放抑制激素、生長素釋放激素、促腎上腺皮質(zhì)激素釋放激素、促黑素細胞激素釋放因子、促黑色細胞激素釋放抑制因子，催乳素釋放因子、催乳素釋放抑制因子。
對情緒反應(yīng)的影響 下丘腦內(nèi)存在所謂防御反應(yīng)區(qū)，它主要位于下丘腦近中線兩旁的腹內(nèi)側(cè)區(qū)。在動物麻醉條件下，電刺激該區(qū)可獲得骨骼肌的舒血管效應(yīng)（通過交感膽堿能舒血管纖維），同時伴有血壓上升、皮膚及小腸血管收縮、心率加速和其他交感神經(jīng)性反應(yīng)。在動物清醒條件下，電刺激該區(qū)還可出現(xiàn)防御性行為。在人類，下丘腦的疾病也往往伴隨著不正常的情緒反應(yīng)。
對生物節(jié)律的控制 下丘腦視交叉上核的神經(jīng)元具有日周期節(jié)律活動，這個核團是體內(nèi)日周期節(jié)律活動的控制中心。破壞動物的視交叉上核，原有的一些日周期節(jié)律性活動，如飲水、排尿等的日周期即喪失。視交叉上核可能通過視網(wǎng)膜-視交叉上核束，來感受外界環(huán)境光暗信號的變化，使機體的生物節(jié)律與環(huán)境的光暗變化同步起來；如果這條神經(jīng)通路被切斷，視交叉上核的節(jié)律活動就不再能與外界環(huán)境的光暗變化發(fā)生同步。