Le système endocrinien se compose de cellules, de tissus et d'organes qui sécrètent des hormones essentielles à l'homéostasie. Le corps coordonne ses fonctions par le biais de deux principaux types de communication : neuronale et endocrine. La communication neuronale comprend à la fois la signalisation électrique et chimique entre les neurones et les cellules cibles. La communication endocrine implique une signalisation chimique via la libération d'hormones dans le liquide extracellulaire. De là, les hormones diffusent dans la circulation sanguine et peuvent voyager vers des régions éloignées du corps, où elles déclenchent une réponse dans les cellules cibles. Les glandes endocrines sont des glandes sans canaux qui sécrètent des hormones. De nombreux organes du corps ayant d'autres fonctions primaires – tels que le cœur, l'estomac et les reins – possèdent également des cellules sécrétant des hormones.

Les hormones sont dérivées d'acides aminés ou de lipides. Les hormones amines proviennent des acides aminés tryptophane ou tyrosine. Les hormones à base d'acides aminés plus grandes comprennent les hormones peptidiques et protéiques. Les hormones stéroïdes sont dérivées du cholestérol.

Les hormones stéroïdes et l'hormone thyroïdienne sont liposolubles. Toutes les autres hormones dérivées d'acides aminés sont hydrosolubles. Les hormones hydrophobes sont capables de diffuser à travers la membrane et d'interagir avec un récepteur intracellulaire. En revanche, les hormones hydrophiles doivent interagir avec les récepteurs de la membrane cellulaire. Ceux-ci sont généralement associés à une protéine G, qui devient activée lorsque l'hormone se lie au récepteur. Cela initie une cascade de signalisation qui implique un second messager, tel que l'adénosine monophosphate cyclique (AMPc). Les systèmes de second messager amplifient considérablement le signal hormonal, créant une réponse plus large, plus efficace et plus rapide.

Les hormones sont libérées suite à une stimulation d'origine chimique ou nerveuse. La régulation de la libération hormonale est principalement réalisée par rétroaction négative. Divers stimuli peuvent provoquer la libération d'hormones, mais il existe trois types principaux. Les stimuli humoraux sont des changements dans les niveaux d'ions ou de nutriments dans le sang. Les stimuli hormonaux sont des changements dans les niveaux d'hormones qui initient ou inhibent la sécrétion d'une autre hormone. Enfin, un stimulus neural se produit lorsqu'une impulsion nerveuse provoque la sécrétion ou l'inhibition d'une hormone.

Le complexe hypothalamo-hypophysaire est situé dans le diencéphale du cerveau. L'hypothalamus et l'hypophyse sont reliés par une structure appelée infundibulum, qui contient des vaisseaux et des axones nerveux. L'hypophyse est divisée en deux structures distinctes avec des origines embryonnaires différentes. Le lobe postérieur abrite les terminaisons axonales des neurones hypothalamiques. Il stocke et libère dans la circulation sanguine deux hormones hypothalamiques : l'ocytocine et l'hormone antidiurétique (ADH). Le lobe antérieur est connecté à l'hypothalamus par la vascularisation de l'infundibulum et produit et sécrète six hormones. Leur sécrétion est cependant régulée par des hormones de libération et d'inhibition provenant de l'hypothalamus. Les six hormones hypophysaires antérieures sont : l'hormone de croissance (GH), l'hormone thyréostimulante (TSH), l'hormone adrénocorticotrope (ACTH), l'hormone folliculo-stimulante (FSH), l'hormone lutéinisante (LH) et la prolactine (PRL).

La glande thyroïde est un organe en forme de papillon situé dans le cou, antérieurement à la trachée. Ses hormones régulent le métabolisme basal, l'utilisation de l'oxygène, le métabolisme des nutriments, la production d'ATP et l'homéostasie calcique. Elles contribuent également à la synthèse protéique et à la croissance et au développement normaux des tissus corporels, y compris la maturation du système nerveux, et elles augmentent la sensibilité du corps aux catécholamines. Les hormones thyroïdiennes triiodothyronine (T₃) et thyroxine (T₄) sont produites et sécrétées par la glande thyroïde en réponse à l'hormone thyréostimulante (TSH) de l'hypophyse antérieure. La synthèse des hormones T₃ et T₄ dérivées d'acides aminés nécessite de l'iode. Des quantités insuffisantes d'iode dans l'alimentation peuvent entraîner un goitre, un crétinisme et de nombreux autres troubles.

Le calcium est nécessaire à une variété de processus physiologiques importants, y compris le fonctionnement neuromusculaire ; ainsi, les niveaux de calcium sanguins sont étroitement régulés. Les glandes parathyroïdes sont de petites structures situées sur la glande thyroïde postérieure qui produisent l'hormone parathyroïdienne (PTH), laquelle régule les niveaux de calcium sanguins. De faibles niveaux de calcium sanguins provoquent la production et la sécrétion de PTH. En revanche, des niveaux élevés de calcium sanguins inhibent la sécrétion de PTH et déclenchent la sécrétion de la calcitonine, une hormone thyroïdienne. Une sous-production de PTH peut entraîner une hypoparathyroïdie. En revanche, une surproduction de PTH peut entraîner une hyperparathyroïdie.

Les glandes surrénales, situées supérieurement à chaque rein, se composent de deux régions : le cortex surrénal et la médulla surrénale. Le cortex surrénal – la couche externe de la glande – produit des minéralocorticoïdes, des glucocorticoïdes et des androgènes. La médulla surrénale, au centre de la glande, produit de l'épinéphrine et de la noradrénaline.

Les glandes surrénales interviennent dans une réponse au stress à court terme et une réponse au stress à long terme. Une menace perçue entraîne la sécrétion d'épinéphrine et de noradrénaline par la médulla surrénale, qui médiatisent la réponse de lutte ou de fuite. La réponse au stress à long terme est médiatisée par la sécrétion de CRH par l'hypothalamus, ce qui déclenche l'ACTH, qui à son tour stimule la sécrétion de corticostéroïdes par le cortex surrénal. Les minéralocorticoïdes, principalement l'aldostérone, provoquent la rétention de sodium et de liquide, ce qui augmente le volume sanguin et la pression artérielle.

La glande pinéale est une structure endocrine du diencéphale du cerveau, et est située inférieurement et postérieurement au thalamus. Elle est composée de pinéalocytes. Ces cellules produisent et sécrètent l'hormone mélatonine en réponse à de faibles niveaux de lumière. Des niveaux sanguins élevés de mélatonine induisent la somnolence. Le décalage horaire, causé par le voyage à travers plusieurs fuseaux horaires, se produit parce que la synthèse de mélatonine prend plusieurs jours pour se réajuster aux schémas lumière-obscurité du nouvel environnement.

Le système reproducteur est régulé par l'hormone folliculo-stimulante (FSH) et l'hormone lutéinisante (LH) produites par le lobe antérieur de l'hypophyse en réponse à l'hormone de libération des gonadotrophines (GnRH) de l'hypothalamus. La FSH stimule la maturation des spermatozoïdes, qui est inhibée par l'hormone inhibine. L'hormone stéroïde testostérone, un type d'androgène, est libérée en réponse à la LH et est responsable de la maturation et du maintien du système reproducteur testiculaire, ainsi que du développement des caractères sexuels secondaires. La FSH favorise également la maturation des ovules et la LH signale la sécrétion des hormones sexuelles, les œstrogènes et la progestérone. Ces deux hormones sont importantes dans le développement et le maintien du système reproducteur ovarien, ainsi que pour le maintien de la grossesse. Le placenta se développe au début de la grossesse et sécrète plusieurs hormones importantes pour le maintien de la grossesse.

Le pancréas a des fonctions à la fois exocrines et endocrines. Les types de cellules des îlots pancréatiques comprennent les cellules alpha, qui produisent le glucagon ; les cellules bêta, qui produisent l'insuline ; les cellules delta, qui produisent la somatostatine ; et les cellules PP, qui produisent le polypeptide pancréatique. L'insuline et le glucagon sont impliqués dans la régulation du métabolisme du glucose. L'insuline est produite par les cellules bêta en réponse à des niveaux élevés de glucose sanguin. Elle améliore l'absorption et l'utilisation du glucose par les cellules cibles, ainsi que le stockage de l'excès de glucose pour une utilisation ultérieure. Un dysfonctionnement de la production d'insuline ou une résistance des cellules cibles aux effets de l'insuline provoque le diabète sucré, un trouble caractérisé par des niveaux élevés de glucose sanguin. L'hormone glucagon est produite et sécrétée par les cellules alpha du pancréas en réponse à de faibles niveaux de glucose sanguin. Le glucagon stimule les mécanismes qui augmentent les niveaux de glucose sanguin, tels que le catabolisme du glycogène en glucose.

Certains organes ont une fonction endocrine secondaire. Par exemple, les parois des oreillettes du cœur produisent l'hormone peptide natriurétique auriculaire (ANP), le tractus gastro-intestinal produit les hormones gastrine, sécrétine et cholécystokinine, qui facilitent la digestion, et les reins produisent l'érythropoïétine (EPO), qui stimule la formation des globules rouges. Même les os, le tissu adipeux et la peau ont des fonctions endocrines secondaires.

Le système endocrinien provient des trois feuillets embryonnaires de l'embryon, y compris l'endoderme, l'ectoderme et le mésoderme. En général, différentes classes d'hormones proviennent de feuillets embryonnaires distincts. Le vieillissement affecte les glandes endocrines, pouvant influencer la production et la sécrétion d'hormones, et peut causer des maladies. La production d'hormones, telles que l'hormone de croissance humaine, le cortisol, l'aldostérone, les hormones sexuelles et les hormones thyroïdiennes, diminue avec l'âge.