중간뇌의 앞부분이면서 뇌줄기의 위, 시상의 아랫부분에 위치합니다. 제3뇌실의 벽을 따라서 존재하며, 뇌하수체 줄기와 연결되어 있습니다.

시상하부는 시상의 1/10 크기이며, 각종 호르몬 분비를 담당하는 뇌하수체가 매달려 있습니다. 시상하부는 시상처럼 좌우에 한 쌍 존재하며, 여러 개의 핵군으로 구성되어 있습니다. 특히 대뇌와 뇌줄기 사이를 연결하는 부분으로 각 방향으로 통하는 많은 신경섬유로 구성됩니다.

신경핵: 신경세포는 시상하부의 중간과 내측에 가장 많이 분포되어 있으며, 신경핵에서 신경전달물질을 만들어 축삭을 따라 뇌하수체로 내려보냅니다.

신경섬유: 크기가 작은데 비해 복잡한 신경섬유의 연결이 이루어져 있고, 명확한 신경로도 있는 반면 식별과 추적이 어려운 경우 또한 있습니다.

시상하부는 체온, 수분균형, 대사조절에 작용하는 자율신경계 중추입니다. 신체의 생리작용을 조절하여 행동을 조절하고 균형을 유지하도록 합니다.

자율신경 조절: 내장활동과 몸기능을 조절하는 주된 조절중추입니다. 앞시상하부는 부교감신경을 흥분하거나 교감신경을 억제하며, 뒤시상하부는 교감신경을 흥분시키거나 부교감신경을 억제시키는 역할을 합니다.

뇌하수체 조절: 뇌하수체 호르몬은 시상하부에서 합성되고, 뇌하수체 전엽의 호르몬은 시상하부에서 생산된 호르몬에 따라 조절됩니다. 시상하부는 뇌하수체에서 생산되는 호르몬을 조절합니다. 시상하부에서 조절하는 뇌하수체 호르몬으로는 성장호르몬방출호르몬, 성장호르몬억제호르몬, 프로락틴방출호르몬, 프로락틴억제호르몬, 코르티코트로핀분비호르몬, 갑상선자극호르몬방출호르몬, 생식샘자극호르몬, 옥시토신이 있습니다.

체온 조절: 시상하부 전 영역은 체온에 민감한 영역이 있습니다. 혈액의 온도 상승에 민감한 앞시상하부는 체온을 낮추는 역할을 하며, 혈액의 온도 저하에 민감한 뒤시상하부는 체온을 올리는 역할을 합니다.

음식물 섭취와 수분대사의 조절: 복내측핵에는 포만중추가 있어 손상을 받으면 음식물 섭취량이 증가하여 과식과 폭식이 발생합니다. 외측 시상하부는 식욕중추가 있어 손상받게 되면 음식물의 섭취량이 감소하여 거식증이 발생합니다. 안쪽 시상하부에는 갈증포만중추가 있어 손상받으면 요붕증이 발생합니다.

정서와 행동: 정서와 관계된 육체적 표현은 시상하부에 의해서 조절되어 자율신경계통이 활성화됩니다. 예를 들어 혈압과 심박동의 변화, 얼굴의 홍조와 창백, 입 안의 건조, 동공의 확대 등의 반응이 있습니다.

식욕 조절 기전이 있는 시상하부
우리가 체중 감량에서 실패하는 가장 흔한 이유는 먹고 싶은 욕구를 주체하기 어렵다는 점입니다. 우리 몸에서 식욕을 조절하는 중추 기관은 뇌의 밑바닥에 위치하는 시상하부입니다. 시상하부는 지방세포가 분비하는 여러 물질들의 정보를 해독하여 식욕 조절 물질들의 생산과 분비를 조절함으로써 식욕을 조절합니다. 예를 들면 우리가 체중 감량을 위하여 굶게 되면 지방조직에서 식욕을 억제하는 대표적인 호르몬인 렙틴(leptin)이라는 물질이 적게 만들어지고, 시상하부에서 렙틴에 의하여 억제를 받던 대표적인 식욕을 올리는 물질인 뉴로펩타이드 Y(Neuropetide Y)의 생산이 증가하고, 그 결과로 식욕이 증가합니다. 그러나 아직도 시상하부에서 식욕을 조절하는 물질들의 생산조절기전은 자세히 밝혀져 있지 않습니다.