垂体后叶仅分泌两种激素：抗利尿激素及催产素。事实上，这些激素是由下丘脑内的神经细胞产生；这些神经细胞形成凸起（轴突），伸向垂体后叶，并在那里释放激素。同大多垂体激素不同，抗利尿激素与催产素不刺激其他内分泌腺，分泌过多或不足均直接影响它们的靶器官。
抗利尿激素（也称血管加压素）促使肾脏保存水分，参与维持人体水平衡（见第136节）。机体脱水时，位于心脏、肺脏、大脑及主动脉的特殊受体向垂体发出信号，使之产生大量抗利尿激素。血中电解质，如钠、氯化物、钾，必须保持在一个很小的范围内波动，方能维持细胞的正常功能。电解质水平升高，大脑感知后，即刺激该激素的释放。疼痛、紧张、体育锻炼、低血糖、血管紧张素、前列腺素、某些药物和氯磺丙脲、胆碱能药及某些治疗哮喘与肺气肿的药物，均能刺激抗利尿激素的释放。
酒精、某些类固醇及少数其他物质则抑制抗利尿激素的产生。抗利尿激素缺乏可使肾脏排出大量的水，导致尿崩症（见后）。有时，抗利尿激素产生过多、如抗利尿激素不适当分泌综合征，这种情况下，抗利尿激素水平很高，引起机体保存水分，使血中某些电解质如钠水平下降。可见于心力衰竭和极少数下丘脑疾病患者中。有时垂体外组织也可产生抗利尿激素，主要是某些肺癌。因此如果发现血中抗利尿激素水平升高时，应检查垂体功能，并寻找癌灶。
催产素在分娩胎儿时，促进子宫收缩；分娩后，则迅速防止子宫大量出血。催产素亦刺激乳腺周围的某些细胞收缩、吸吮乳头可刺激垂体释放催产素。乳腺内细胞收缩；可使乳汁从产生部位移至乳头。