Dentre as funções que podem ser atribuídas ao hipotálamo, podemos destacar:
regulação cardiovascular (aumento e diminuição da pressão arterial e aumento e diminuição da frequência cardíaca);
regulação do apetite e gasto de energia;
regulação da água corporal (controla a excreção de água na urina e proporciona sensação de sede);
regulação da temperatura corporal;
atua no relógio biológico;
regula a ejeção de leite e contração uterina no momento do parto;
desempenha papel no comportamento sexual e de acasalamento;
inicia resposta de luta ou fuga;
estimula e inibe a secreção de hormônios pela hipófise.