Гипотала́мус (лат. hypothalamus, от гипо... и таламус), отдел промежуточного мозга; ограничен конечным и средним мозгом, таламусом; железа внутренней секреции, центр регуляции вегетативных функций организма. Филогенетически самый древний отдел головного мозга; хорошо развит уже у наиболее примитивных представителей позвоночных, наивысшего развития достигает у млекопитающих. У человека гипоталамус образован группой из более 30 пар ядер, представляющих собой скопления нейросекреторных клеток или образованных сочетанием нейросекреторных клеток и нейронов обычного типа. Гипоталамус связан с гипофизом посредством портальных кровеносных сосудов (с передней долей) и гипоталамо-гипофизарного нервного пучка (с задней долей), образуя гипоталамо-гипофизарную систему. Гипоталамус характеризуется высокой морфологической и функциональной разнородностью. В нём выделяют две области. Медиальная область образована в основном крупными парными ядрами. Последние состоят из нейросекреторных клеток, аксоны которых достигают задней доли гипофиза, где заканчиваются на капиллярах. Эти клетки вырабатывают вазопрессин и окситоцин. В ядрах, образованных мелкими нейросекреторными клетками, вырабатываются гормоны, регулирующие секреторную активность передней и промежуточной долей гипофиза (рилизинг-гормоны, статины), а нейроны обычного типа осуществляют внутригипоталамические связи и дают начало нисходящим нервным волокнам. Латеральная область гипоталамуса состоит из морфологически плохо выраженных латеральных ядер и пучков нервных волокон («медиальный пучок переднего мозга»), их восходящие волокна берут начало от нейронов среднего мозга и ствола головного мозга и иннервируют промежуточный и конечный мозг (включая сам гипоталамус), а нисходящие волокна идут от конечного мозга и гипоталамуса и оканчиваются в стволе головного мозга и в спинном мозге, образуя двусторонние связи.

В отличие от большинства других отделов мозга в гипоталамусе многочисленные аксоны пептид- и моноаминергических нейронов образуют прямые контакты с высокопроницаемыми перфорированными капиллярами. Поэтому нейропептиды и медиаторы легко поступают в кровоток.

Гипоталамус участвует в поддержании гомеостаза путём регуляции важнейших эндокринных функций, общего обмена веществ, водно-солевого обмена, теплообмена, сердечно-сосудистой системы, пищевого и эмоционального поведения, циркадных ритмов. Ему также принадлежит ключевая роль в регуляции репродуктивной и иммунной систем.