腺垂體的分泌功能與神經系統的下丘腦之間在結構上雖然沒有神經通路，但在功能上，兩者則是通過特殊的門脈系統而緊密地聯繫起來的系統。垂體是內分泌腺中最主要的腺體，它分泌的激素可以調節和影響其他內分泌腺的作用，因此，它是內分泌腺活動的中心。從其結構形態及分佈而言，垂體則是一個呈扁形似豌豆狀的小體，位於間腦（指下丘腦）的前腹面。腺體中有一裂縫，可將腺體分成前葉和後葉兩部分，前葉又稱腺性垂體，由胚胎口腔頂部的上皮所發發生；後葉又稱神經性垂體，由間腦底部神經組織下突所形成。兩者相遇後，前葉部分地包著後葉，然而它們在構造上、功能上以及部分的來源上都由不相同的組織構成，故稱垂體前葉與後葉是兩個器官的密切並合。
下丘腦促垂體神經分泌細胞的軸突末梢與門脈系統的毛細血管網接觸，可將促垂體或抑制垂體的神經激素釋放入門脈系統，從而調節腺垂體活動。因此，腺垂體的分泌活動受下丘腦產生的化學物質所控制。
腺垂體主要有大腦基底動脈環發出的垂體上動脈供應血液。垂體上動脈從結節部上端伸入神經垂體的漏鬥，在該處分支並吻合形成竇狀毛細血管，稱第一級毛細血管網。這些毛細血管網於結節部匯集形成數條垂體門微靜脈，後者下行進入遠側部，再度分支並吻合，形成第二級毛細血管網。垂體門微靜脈及其兩端的毛細血管網共同構成垂體門脈系統。遠側部的毛細血管最後匯集成小靜脈，匯入垂體周圍的靜脈竇。這是20世紀30年代確立的經典垂體血流模式“自上而下”的概念。下丘腦促垂體區（下丘腦基底部垂體細胞分佈的區域，主要包括正中隆起、弓狀核、腹內側核、室周核、視交叉上核等）的神經激素直接釋放入門脈系統，從而調節腺垂體活動。此後又通過新技術的應用和研究，對垂體的血流模式提出瞭新見解，認為遠側部的血液可輸入神經垂體的漏鬥，然後經毛細血管回流入下丘腦；也可流入神經部，再逆向流入漏鬥，然後再循環到遠側部或下丘腦，構成整個垂體血流在垂體內的循環流動。
下丘腦促垂體區的一些神經元既能分泌肽類激素（神經激素），具有內分泌細胞的作用，又保持典型神經細胞的功能。這些神經細胞可將從大腦或中樞神經系統其他部位傳來的神經信息，轉變為激素的信息，起換能神經元的作用。它們所分泌的調節腺垂體功能的生物活性物質，總稱為下丘腦調節肽。