下丘脑、垂体和性腺（睾丸或卵巢）之间存在的神经—内分泌调控体系。在动物的整个生殖过程中，如生殖器官的发育、性成熟，母畜卵子的发生、卵泡发育、发情的周期性变化、排卵、妊娠、分娩和哺乳，公畜的精子的发生和交配活动等机能必须相互协调，并按一定的顺序，使有关的组织和器官产生相应的变化。所有这些都与下丘脑—垂体—性腺轴的活动和分泌激素的作用有着密切的关系。

在下丘脑存在着两个调节促性腺激素释放激素（Gn-RH）的分泌中枢，即持续中枢和周期中枢。持续中枢持续不断地促进Gn-RH的分泌；周期中枢呈周期性活动状态，它对外界环境和甾体激素和促性腺激素水平十分敏感。周期中枢是通过影响持续中枢而控制着Gn-RH的周期性分泌。控制Gn-RH分泌的高级神经中枢位于大脑基底部的中枢神经的边缘系统。

下丘脑—垂体—性腺轴示意图（以睾丸为例）

各种内外因素，如繁殖季节的各种因素，对季节性繁殖的动物，交配刺激对诱发排卵的动物（兔、猫、貂等），异性的气味、姿态、鸣叫等，都构成强烈的刺激，通过感觉器官传入中枢神经系统不同水平的中枢，反射性的调节，释放激素的分泌。下丘脑分泌的Gn-RH通过门脉系统的微血管传递至垂体前叶，促进促卵泡素（FSH）和促黄体素（LH）合成和分泌。性腺（睾丸和卵巢）在促性腺激素的作用下，分泌睾酮、雌激素和孕酮；性腺激素、促性腺激素（LH、FSH）和Gn-RH本身对Gn-RH的分泌也具有调控作用。性腺激素通过体液途径作用于下丘脑，调节Gn-RH的分泌，称为长反馈。例如，雌激素在性周期，一般起负反馈作用，而在一定阶段，雌激素高峰对Gn-RH分泌具有正反馈作用，促使发情动物大量释放LH，形成排卵前高峰，引起排卵。孕酮则抑制Gn-RH的分泌。FSH和LH对下丘脑Gn-RH分泌的反馈作用，称短反馈。血液中Gn-RH水平对自身的分泌也具有负反馈作用，称超短反馈（图）。这些调节机制既有维持Gn-RH正常生理水平的作用，也能引起释放激素水平生理性波动，从而保证了动物的正常生理机能。

下丘脑—垂体～性腺轴的不协调，造成生殖激素作用的紊乱，常常是导致家畜不孕或不育的重要原因。