La struttura dell'ossitocina è molto simile a quella delle vasopressine: anch'essa è un nonapeptide (peptide di nove aminoacidi) con un ponte disolfuro e la sua sequenza aminoacidica differisce solo in due posizioni (vedi tabella seguente). Il gene che codifica per la vasopressina e il gene che codifica per l'ossitocina si trovano sullo stesso cromosoma separati da una distanza relativamente breve (meno di 15,000 basi nelle varie specie). I neuroni magnocellulari che producono vasopressina sono simili in molti aspetti e adiacenti ai neuroni magnocellulari che producono ossitocina. La somiglianza tra vasopressina ed ossitocina può determinare reazioni crociate: l'ossitocina presenta una bassa attività antidiuretica, alti livelli di vasopressina possono determinare contrazioni della muscolatura uterina.