Les glandes du système endocrinien sécrètent des hormones dans la circulation sanguine afin d'entretenir l'homéostasie et de réguler le métabolisme. L'hypothalamus et l'hypophyse constituent les centres de commande et de contrôle ; ils dirigent les hormones vers d'autres glandes ainsi que dans tout le corps. Les autres glandes endocrines primaires, telles que la thyroïde ou les glandes parathyroïdes, les glandes surrénales et la glande pinéale, ajustent les concentrations des différentes substances présentes dans le sang et régulent le métabolisme, la croissance, le cycle veille/sommeil et d'autres processus. Des organes comme le pancréas sécrètent également des hormones et contribuent au système endocrinien. Les organes endocriniens secondaires regroupent les gonades, les reins et le thymus.
L'hypothalamus et l'hypophyse appartiennent à la région du diencéphale, dans le cerveau. L'hypothalamus relie le système nerveux au système endocrinien. Il reçoit et traite les signaux provenant d'autres régions et voies du cerveau, et les convertit en hormones, les messagers chimiques du système endocrinien. Ces hormones s'acheminent vers l'hypophyse, reliée à l'hypothalamus par l'infundibulum. Certaines hormones hypothalamiques sont stockées dans l'hypophyse en vue d'une libération ultérieure ; d'autres la stimulent afin qu'elle sécrète ses propres hormones. Les hormones libérées par l'hypophyse et l'hypothalamus contrôlent les autres glandes endocrines et régulent toutes les fonctions internes majeures.
La glande pinéale est une structure de petite taille ; elle présente une forme de pomme de pin et se situe au niveau postérieur de la région du diencéphale du cerveau. En tant que structure apparemment unique et non appariée à proximité du centre du cerveau, la glande pinéale a été pendant longtemps un objet de fascination. Au XVIIe siècle, le philosophe français René Descartes pensait qu'elle devait être le « siège de l'âme ». Ses paroles étaient peut-être dues au rôle joué par la glande pinéale dans le sommeil. La nuit, en l'absence de lumière, la glande pinéale sécrète une hormone : la mélatonine. La mélatonine régule la structure du sommeil du corps, tant au niveau du rythme circadien (chaque jour) que saisonnier. Le matin, lorsque l'œil perçoit à nouveau la lumière, les photorécepteurs de la rétine envoient des signaux à la glande pinéale, qui ralentit la production de mélatonine.
La glande thyroïde se trouve dans la région de la gorge, juste sous le larynx. Elle est desservie par de grandes artères, présentant de nombreuses branches, ainsi que par un réseau dense de capillaires. Les hormones thyroïdiennes qu'elle sécrète, nommément la thyroxine (T4) et la triiodothyronine (T3), s'acheminent dans l'ensemble du corps par le biais de la circulation sanguine afin de stimuler le métabolisme, la consommation de glucose, la synthèse protéique et le développement du système nerveux. La thyroïde libère également de la calcitonine, qui permet d'entretenir l'homéostasie du calcium dans le sang ; elle entraîne le retrait du calcium du sang et son dépôt dans les os lorsque la calcémie est trop élevée. Sur la surface postérieure de la thyroïde se trouvent deux glandes distinctes de plus petite taille : il s'agit des glandes parathyroïdes. En règle générale, elles sont au nombre de quatre : une paire de glandes inférieures, et une paire de glandes supérieures, situées des côtés droit et gauche de la thyroïde. Elles sécrètent la parathormone (PTH, ou hormone parathyroïdienne), qui stimule la libération de calcium dans le sang par les os lorsque la calcémie est faible. La PTH entraîne également une diminution de la sécrétion de calcium dans les urines par les reins et ce, afin d'élever encore davantage la concentration de calcium dans le sang. Ensemble, la calcitonine et la PTH agissent conjointement afin d'entretenir l'homéostasie du calcium dans le sang, qui correspond à l'un des paramètres physiologiques les plus étroitement contrôlés de l'organisme.
Les glandes surrénales sont des organes en forme de pyramide situés au sommet de chaque rein. Chaque glande surrénale est constituée de deux structures : une corticosurrénale externe et une médullosurrénale interne. La corticosurrénale est composée d'un réseau de fins tissus conjonctifs, qui constituent la majeure partie de la glande. Elle sécrète différentes hormones stéroïdes. Les glucocorticoïdes, tels que le cortisol, sont responsables des concentrations de protéines et de glucose. Les minéralocorticoïdes, comme l'aldostérone, permettent d'ajuster les concentrations d'eau et de sel. Les gonadocorticoïdes (androgènes et œstrogènes) sont sécrétées par la corticosurrénale et ce, en petites quantités chez les deux sexes. La médullosurrénale produit l'adrénaline et la noradrénaline. Ces substances chimiques favorisent les comportements de survie (fight or flight, litt. lutter ou fuir), la réaction initiale du corps face au stress.
Certains organes appartenant à d'autres systèmes corporels sécrètent également des hormones ; ils sont ainsi considérés comme des « organes secondaires » du système endocrinien. Le pancréas, par exemple, appartient au système digestif. Il excrète des sucs pancréatiques dans l'intestin grêle par le biais du canal pancréatique. Toutefois, il est possible d'observer de minuscules groupes cellulaires disséminés dans le pancréas : il s'agit des îlots pancréatiques (ou îlots de Langerhans), qui libèrent des hormones dans la circulation sanguine. Ces îlots constituent moins de 2 % du tissu pancréatique, mais leurs cellules spécialisées régulent les concentrations sanguines de glucose (ou glycémie). Lorsque la glycémie est faible, les cellules alpha de ces îlots libèrent du glucagon. Le glucagon stimule le foie, qui dégrade du glycogène et libère davantage de glucose dans le sang. Lorsque la glycémie est élevée, les cellules bêta des îlots libèrent de l'insuline, qui favorise la réabsorption du glucose.
