С момента появления многоклеточных организмов клетки начали выделять белки и другие лиганды, которые могли бы влиять на другие клетки. Во многих обстоятельствах оказывается достаточной связь между близко расположенными клетками. Однако с появлением более сложных форм жизни возникла необходимость в клетках, специализирующихся на регуляции функций других клеток, посылающих регуляторные сигналы, достигающие более отдаленных участков тела.

Центральная нервная система (ЦНС) появилась в ходе эволюции как сосредоточение механизмов регуляции и координации функций организма. По мере ее развития и совершенствования многие процессы попали под регуляцию, осуществляемую непосредственным контактом нерва с клеткой. На более ранних этапах эволюции (у беспозвоночных) существует прямая связь ЦНС со всеми периферическими клетками, и нейромедиаторы или посредники могут выделяться в ближайшее окружение клетки-мишени. Этот механизм сохранился и у более высоко организованных организмов в виде автономной нервной системы. Однако этот механизм уже недостаточен для обеспечения возможности выживания.

В связи с тем, что способ непосредственного контакта нерва с клеткой становится все более непрактичным, осуществляется следующий этап усложнения: секреция регуляторных молекул, предназначенных действовать в более отдаленных местах. Первым процессом такого рода явилась прямая нейросекреция из ЦНС или из специализированных эффекторов, развивающихся в виде выростов нервных окончаний. Первый из этих механизмов представлен непосредственным высвобождением нейросекреторных гранул из нервных клеток у беспозвоночных, а последний — клетками задней доли гипофиза, из которых выделяется вазопрессин, и клетками мозгового слоя надпочечников, секретирующими адреналин и входящими в состав так называемой симпатико-адреналовой системы.

Одновременно клетки, происходящие из нервного гребешка и обладающие нейросекреторными элементами, мигрировали и в другие области организма, как правило, к передней и средней кишке и их выпячиваниям, превращаясь в ЦНС-подобные клетки, секретирующие те же самые нейромедиаторы или пептиды. Эго объясняет секрецию соматостатина, вазоактивного интестинального пептида (ВИП), нейротензина, субстанции P и др. в кишечнике и поджелудочной железе, присутствие содержащих нейросекреторные гранулы клеток Кульчицкого в бронхах, а также параэндокринную локализацию клеток, способных поглощать и декарбоксилировать предшественники аминов (APUD-система).

Необходимость в создании более высоких концентраций многих гормонов в определенных местах (например, кортизола для регуляции активности фенилэтиламин-М-метилтрансферазы в мозговом слое надпочечников, тестостерона для регуляции сперматогенеза в яичках и эстрогенов для образования желтого тела, инсулина и глюкатона для регуляции печеночной продукции глюкозы) обусловила локализацию секретирующих их желез в областях, отдаленных от ЦНС. Развились дополнительные средства регуляции уже самих этих желез, включающие образование органов, продуцирующих промежуточные гормоны, которые могли бы локализоваться вблизи ЦНС и более легко контролироваться ею. Так, передняя доля гипофиза развилась в непосредственной близости к ЦНС, что позволяет ее гормональной секреции находиться под контролем релизинг-гормонов, синтезируемых мозгом.

В процессе эволюции происходили и два других процесса, способствующих интеграции эндокринной системы. Во-первых, появились воротные венозные системы (печеночная и гипофизарная), что позволило локализовать действие гормонов в соответствии с концентрацией и специфичностью тканевых рецепторов. Во-вторых, была обеспечена различная степень восприимчивости гормонов к разрушению в плазме, что играет важную роль в ограничении продолжительности их действия. Гормоны, секретируемые в воротные системы, обычно имеют короткий период полужизни в плазме; это создает возможность быстрой элиминации гормона в условиях избыточного поступления в систему циркуляции неиспользованных в органах-мишенях их количеств.

Несмотря на то, что речь идет о единой нейроэндокринной системе, мы, в соответствии со сложившимися традициями и для удобства анализа, рассмотрим оба отдела системы раздельно.