Hipotalāma primārā funkcija ir saistīt endokrīno sistēmu ar veģetatīvo nervu sistēmu, lai saglabātu homeostāzes stāvokli organismā. Nelielai struktūrai, kas atrodas virs smadzeņu stumbra, hipotalāmam ir sarežģīta ievades un izvades sistēma. Tie ļauj tai ātri reaģēt uz mainīgajiem apstākļiem un nodrošina ķermeņa atbilstošu pielāgošanos. Pamatfunkcijas, piemēram, miega cikli, bada vai slāpju sajūta un ķermeņa temperatūras regulēšana, ir viens no daudzajiem tās uzdevumiem. Tas arī kontrolē daudzus reproduktīvās sistēmas aspektus un ir emociju vieta.
Izdalot īpašus neirohormonus, hipotalāms kontrolē hipofīzi, endokrīnās sistēmas galveno dziedzeri. Šie ķīmiskie signāli aktivizē dažādas hipofīzes funkcijas, kad hipotalāms sajūt, ka tas ir nepieciešams. Savukārt hipofīze izdala citus hormonus asinsritē. Šie hormoni kontrolē citus endokrīnos dziedzerus un plašu vielmaiņas funkciju klāstu organismā. Hipotalāma funkcija, kontrolējot izsalkumu un slāpes, seksuālo darbību un izaugsmi, tiek veikta ar šīs sistēmas palīdzību.
Lai gan darbības mehānisms nav pilnībā izprotams, hipotalāms kontrolē apetīti un uztur stabilu ķermeņa svaru. Tas saņem sensoros datus, tostarp smaržu, garšu un kuņģa pilnību. Pamatojoties uz šiem signāliem, tas izraisa bada vai sāta sajūtu. Šī hipotalāma funkcija tiek uzskatīta par svarīgu, lai izprastu svara zaudēšanas programmu panākumus vai neveiksmes. Hipotalāma-hipofīzes-virsnieru ass disfunkcijas var ietekmēt dažus ēšanas traucējumus.
Kamēr hipotalāms sūta ķīmiskus signālus uz endokrīno sistēmu, tas sūta neironu signālus uz autonomo nervu sistēmu. Pateicoties savienojumam ar autonomo nervu sistēmu, hipotalāms kontrolē pulsa ātrumu, asinsspiedienu, elpošanu un gremošanu. Tā apkopo sensoros datus no iekšējiem orgāniem, ādas, acīm, asinsvadiem un citur. Hipotalāms nepārtraukti interpretē visu šo informāciju, nosūtot neironu signālus, kas pēc vajadzības aktivizē veģetatīvās nervu sistēmas simpātiskās un parasimpātiskās sistēmas. Galvenais mērķis ir saglabāt homeostāzes stāvokli organismā.
Traumas, infekcijas, ģenētiski traucējumi un citi apstākļi var mainīt hipotalāma darbību. Tas var izraisīt plašu disfunkciju klāstu sarežģītajās sistēmās, kas kontrolē endokrīnos dziedzerus un autonomo nervu sistēmu. Bērniem disfunkcija var izraisīt pārmērīgu vai traucētu augšanu un pārāk agru vai pārāk vēlu pubertātes sākumu. Vairogdziedzera vai virsnieru dziedzeri var būt pārmērīgi vai nepietiekami aktīvi, ietekmējot daudzus vielmaiņas procesus. Var rasties ēšanas traucējumi un pārmērīgas slāpes vai urinēšana.
Emocionālas un ar to saistītas fiziskas problēmas var izpausties, ja hipotalāms ir bojāts. Nespēja precīzi interpretēt un reaģēt uz sensoro ievadi var izraisīt depresiju, miega traucējumus vai hiperaktivitāti. Tā kā hipotalāmam ir nozīme emocijās un uzvedībā, kā arī autonomajā nervu sistēmā, jebkurš funkcijas zudums var mainīt to, kā cilvēks reaģē uz stresu. Tiek uzskatīts, ka imūnsistēmas darbība ir saistīta arī ar hipotalāmu. Tā rezultātā šīs struktūras traucējumi var izraisīt nepareizu imūnreakciju.