すべての脊椎動物の視床下部-下垂体-標的器官軸は類似している。 視床下部の神経分泌系は、現存する無顎類の脊椎動物の中で最も原始的なハギ類ではあまり発達していないが、近縁種のウナギ類には基本的な初歩がすべて備わっている。 より高度な顎を持つ魚類の多くでは、視床下部に神経ホルモンを産生するいくつかのよく発達した神経分泌センター（核）が存在する。 両生類や爬虫類を調べると、これらのセンターはより明確に定義され、明確な核の数が増加し、鳥類でも哺乳類と同様に広範囲に存在する。 ヒトに見られる神経ホルモンのいくつかは哺乳類以外でも同定されており、これらの神経ホルモンは下垂体の細胞に対して上記の哺乳類の場合と同様の作用をもたらす。

哺乳類のオキシトシンやバソプレシンと同様の化学的・生物的性質を持つ2種類以上の神経ホルモンペプチドが脊椎動物の視床下部から分泌されている（ただし、Agnatha fishでは1種類のみしか分泌されない）。 オキシトシン様ペプチドは、通常、イソトシン（ほとんどの魚類）またはメソトシン（両生類、爬虫類、鳥類）である。 2番目のペプチドはアルギニン・バソトシンで、すべての非哺乳類脊椎動物と哺乳類胎児に存在する。 化学的には、バソトシンはオキシトシンとバソプレシンのハイブリッドで、オキシトシン（生殖管の筋肉の収縮を刺激するため、産卵や出産に関与する）とバソプレシン（利尿作用または抗利尿作用を有する）の両方の生物学的特性を有すると思われる。

すべての脊椎動物の下垂体は、基本的に同じトロピックホルモンを産生する：チロトロピン（TSH）、コルチコトロピン（ACTH）、メラノトロピン（MSH）、プロラクチン（PRL）、成長ホルモン（GH）および1または2の性腺刺激ホルモン（通常はFSH様ホルモンとLH様ホルモン）である。 これらのトロピック・ホルモンの産生と放出は、視床下部からの神経ホルモンによって制御されている。 しかし、テレオスト魚類の細胞は直接神経支配されている。

視床下部-下垂体-標的臓器軸を構成する標的臓器としては、甲状腺、副腎、生殖腺が挙げられるが、これらの臓器は、神経伝達物質のほか、神経ホルモンにも依存していると考えられる。 下垂体から分泌されるサイロトロピンは、甲状腺を刺激して甲状腺ホルモンを分泌させ、発育、成長、代謝、生殖を制御するのに役立つ。 ヒトでは、この甲状腺ホルモンはトリヨードサイロニン（T3）とサイロキシン（T4）として知られています。 甲状腺の進化は、無脊椎動物から脊椎動物への進化の過程で辿ることができる。 甲状腺は、原索動物（脊索動物門の非脊椎動物すべて）のヨウ化物捕捉性糖タンパク質分泌腺から進化したもので、甲状腺は、原索動物のヨウ化物捕捉性糖タンパク質分泌腺から進化した。 甲状腺ホルモンの重要な成分であるヨウ化物を濃縮する能力は、多くの無脊椎動物で体の表面全体に備わっている。 原索動物では、ヨウ素を糖タンパク質に結合させて甲状腺ホルモンを産生する能力が、頭部の咽頭部にある内節という腺に特化された。 このヨウ素化したタンパク質を飲み込み、酵素で分解すると、甲状腺ホルモンと呼ばれるヨウ素化したアミノ酸が分泌される。 原始脊椎動物のヤツメウナギの幼生も、原索動物のような内鰓（ないさい）を持っている。 ヤツメウナギの幼生が変態して成体になるとき、内胚葉は断片化する。 その結果、内胚葉の細胞の塊が分化して、甲状腺の濾胞になる。 甲状腺ホルモンは、ヤツメウナギ、硬骨魚類、両生類などの幼虫の変態を実際に演出しているのである。 魚類の甲状腺は、咽頭部に散在する濾胞から構成されている。 四足動物や少数の魚類では、甲状腺は結合組織の層に包まれている。

副腎軸

哺乳類と非哺乳類の副腎軸は、同じ線上に構築されてはいない。 哺乳類では副腎皮質は内部の副腎髄質を取り囲む独立した構造であり、副腎は腎臓の上に位置している。 非哺乳類では副腎皮質と副腎髄質の細胞は哺乳類のように独立した構造を形成していないため、両者を異なる言葉で呼ぶことが多い。哺乳類の副腎皮質に相当する細胞はインターナルセル、副腎髄質に相当する細胞はクロマフィンセルと呼ばれる。 魚類では副腎とクロマフィン細胞は腎臓に埋もれていることが多いが、両生類では腎臓の表面に沿ってびまん性に分布している。 爬虫類や鳥類は副腎が分離しているが、解剖学的な関係から「皮質」と「髄質」は別個の単位でないことが多い。 下垂体の副腎皮質刺激ホルモンの影響を受けて、副腎間細胞はナトリウムバランス、水バランス、代謝に影響を与えるステロイド（通常四肢動物ではコルチコステロン、魚類ではコルチゾール）を生産する。

生殖腺軸

下垂体から分泌されるガドトロピンには、脊椎動物の性腺に対して基本的にLH様および／またはFSH様の作用を持っている。 一般に、FSH様ホルモンは卵と精子の発生を促進し、LH様ホルモンは排卵と精子の放出を引き起こす。どちらのタイプの性腺刺激ホルモンも生殖腺からステロイドホルモン（アンドロゲン、エストロゲン、場合によりプロゲステロン）の分泌を刺激する。 これらのステロイドは、ヒトについて説明したものと同様の効果をもたらす。 例えば、プロゲステロンは多くの魚類、両生類、爬虫類の正常な妊娠に不可欠であり、母親の生殖管で子供が成長し、生きたまま出産する。 アンドロゲン（テストステロンもあるが、他のステロイドの方が重要な場合が多い）とエストロゲン（通常はエストラジオール）は、オスとメスの特徴や行動に影響を与える。

色素の制御

下垂体から分泌されるメラノトロピン（メラノサイト刺激ホルモン、MSH）は、特に両生類の皮膚や一部の魚類や爬虫類で、黒色色素メラニンを大量に含む星形の細胞（メラノフォア）を制御しています。 表面で反射した光が視細胞を刺激し、視細胞が脳に情報を送り、視床下部へと伝達されるらしい。 下垂体のメラノトローピンによって、メラニン胞の色素が拡散され、皮膚が黒くなるのである。 5621>

下垂体から分泌される成長ホルモンとプロラクチンの機能はかなり重なっているが、プロラクチンは通常、水と塩分のバランスを調整するのに対し、成長ホルモンは主にタンパク質代謝に影響し、その結果、成長するのである。 プロラクチンは、サケなどの回遊魚が海水から淡水に適応することを可能にします。 両生類では、プロラクチンは幼虫の成長ホルモンとして記述されており、幼虫から成虫への変態を阻止することもできます。 池で繁殖する前によく観察される両生類の成体の求水行動（いわゆるウォータードライブ）もプロラクチンによって制御されています。 ディスカスフィッシュの皮膚からタンパク質が豊富な分泌物（「ディスカスミルク」と呼ばれる）が分泌され、幼い子供に栄養を与えるのは、プロラクチン様ホルモンによるものだそうです。 同様に、プロラクチンはハトの作物嚢からの分泌物（「ハト」または「作物」乳）を刺激し、孵化したばかりの稚魚に飲ませる。 この作用は、プロラクチンが授乳中の哺乳類の乳腺に作用することを想起させる。 プロラクチンはまた、非哺乳類における多くの性付属構造の分化および機能、ならびに哺乳類の前立腺の刺激に関与しているようである。 例えば、プロラクチンは、特殊な生殖分泌物を担当する肛門腺を刺激する。 また、プロラクチンはサンショウウオのオスの婚姻パッド（メスを抱きしめるためのもの）や尾の高さなど、外見上の性徴にも影響を及ぼしている

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