Il PVN contiene cellule neurosecretorie magnocellulari (neuroni magnocellulari) i cui assoni si estendono fino alla ghiandola pituitaria posteriore. Sono però presenti anche cellule neurosecretorie parvocellulari (neuroni parvocellulari) che proiettano all'eminenza mediana, e diverse popolazioni di cellule contenenti peptidi che proiettano a molte e diverse regioni del cervello, tra cui le cellule preautonomiche parvocellulari che proiettano al tronco encefalico e del midollo spinale.