Hipotalamusta çok sayıda nukleus (çekirdek) vardır. Nukleus paraventrikularis ve nukleus supraoptikus adı verilen iki çekirdekteki nöronların aksonları oldukça uzundur ve hipofiz sapını geçerek hipofiz arka lobunda sonlanır. Peptid yapıda olan oksitosin ve antidiüretik hormon (ADH, vazopressin) hipotalamustaki supraoptik ve paraventriküler çekirdekteki nöron gövdelerinde sentezlenir. Oksitosin’in yaklaşık %60’ı paraventriküler çekirdekte, ADH’nun %60’ı ise supraoptik çekirdekte yapılır. Bu hormonlar nörofizin I ve nörofizin II adı verilen taşıyıcı proteinlere bağlanır ve nöronların aksonları boyunca taşınarak doğrudan hipofiz arka lobuna ulaştırılır. Arka hipofize gelen sinirsel uyarımlar aksonlarda veziküller içerisinde bekletilen oksitosin ve antidiüretik hormonun akson sonlanmalarından genel kan dolaşımına salgılanmasına neden olur.