Virsnieru medulla ir šūnu masa, kas veido virsnieru dziedzera centru zem ārējās virsnieru garozas. Šīs neregulāras formas šūnas ir savienotas kopā ar asinsvadiem. Medulla šūnas sauc par hromafīna šūnām, jo, reaģējot uz hroma sāļiem, tās iekrāsojas brūnganā krāsā. Virsnieru medulla var izdalīt norepinefrīnu un epinefrīnu, kas pazīstams arī kā adrenalīns, ja to stimulē. Nelielus dopamīna daudzumus var izdalīt arī virsnieru medulla.
Parasti virsnieru medulla ir simpātisks ganglijs – uzbudināmas šūnas, kas ir daļa no simpātiskās nervu sistēmas (SNS). Simpātiskā nervu sistēma aktivizē virsnieru smadzeņu sekrēciju, kad ir stress. Šī darbība ir sagatavošanās ķermeņa cīņai vai bēgšanas reakcijai stresa laikā, piemēram, paredzamām briesmām. Izdalīto hormonu attiecība atšķiras atkarībā no sugas. Cilvēks atbrīvo aptuveni 80 procentus epinefrīna un 20 procentus norepinefrīna. Turpretim cāļi izdala aptuveni 30 procentus epinefrīna un 70 procentus norepinefrīna.
Tirozīns ir aminoskābe, kas ir atbildīga par olbaltumvielu pārvēršanu epinefrīnā un norepinefrīnā virsnieru smadzenēs. Abi hormoni izdalās asinsritē, reaģējot uz stresu, lielu asins zudumu vai fizisko slodzi. Ietekme saglabājas kādu laiku un var neizzust uzreiz pēc stresa līmeņa pazemināšanās vai treniņa beigām. Epinefrīns var izdalīties arī zemā glikozes līmeņa asinīs dēļ.
Epinefrīns izraisa glikogēna sadalīšanos glikozē aknās, paplašina ķermeņa artērijas un liek taukskābes izdalīties no taukaudiem. Norepinefrīns paaugstina asinsspiedienu un sašaurina asinsvadus. Visievērojamākā fizioloģiskā ietekme ir sirdsdarbības ātruma un epinefrīna spēka palielināšanās. Bronhioli plaušās paplašinās, lai palielinātu gaisa ieplūdi un izvadīšanu. Palielinās vielmaiņa, kas palielina patērēto kaloriju un glikozes daudzumu, kā rezultātā tiek iegūts vairāk enerģijas. Acu zīlītes paplašinās, kuņģa-zarnu trakta sistēma samazina skābumu, un tiek samazināta nekritiskā motora aktivitāte.
Virsnieru smadzeņu hiperaktivitāte audzēja gadījumā var izraisīt negatīvas sekas, piemēram, hipertensiju vai galvassāpes. Tiek uzskatīts, ka hormonu ietekme, ko pēc treniņa ražo virsnieru medulla, ir labvēlīga. Savukārt kuņģa-zarnu trakta skābju samazināšanās izraisa gremošanas traucējumus, tāpēc vingrot mazāk par stundu pēc ēšanas nav ieteicams.