脊椎动物神经内分泌系统的结构和功能都更加完善.
在较高等的动物,神经内分泌系统主要包括下丘脑的视上核和室旁核的神经细胞及其与神经垂体的联系,在这一联系中,视上核与室旁核的神经细胞接受感觉传入的神经冲动,通过释放抗利尿激素（加压素）和催产素两种神经激素进入血液循环,分别调节肾脏对水的重吸收和子宫平滑肌的收缩.下丘脑促垂体区的肽能神经细胞合成 10种神经激素（释放激素或释放抑制激素）,沿神经轴突运送至正中隆起区的神经血管器官处,由此进入垂体门静脉,经血液循环转运至腺垂体,控制着腺垂体激素的合成和分泌.
此外,哺乳类的松果腺也是个神经内分泌器官,它接受交感神经的支配,分泌吲哚类肽及类激素调节体内多种生理活动.肾上腺髓质也属于神经内分泌器官,可以把肾上腺髓质看作是个特化了的交感神经节,它接受交感神经节前纤维的支配,通过分泌肾上腺素、去甲肾上腺素等神经激素调节着机体的生理活动.
另外还有分泌降钙素的甲状腺滤泡旁细胞.分泌多种激素的胃肠胰系统中,也存在着大量的神经内分泌细胞.不少胃肠激素也存在于脑和外周神经中,相反,一些原来认为只存在于脑内的肽类,也被证实存在于胃肠道.
曾有人提出用摄胺脱羧(APUD)细胞来概括所有这些分泌肽类或胺类激素的神经内分泌细胞.至今,已发现的摄胺脱羧细胞达40多种,其产物有30多种.摄胺脱羧细胞分布甚广,可分为两组,一组分布于中枢神经系统,另一组分布于周围器官中.在胃、肠、胰、肺、松果腺、垂体、丘脑、皮肤及泌尿生殖系都有此类细胞.这类细胞在许多方面与神经细胞相似,它们在形态上具有类似轴突的长尾样突起,并含有神经细胞特有的酶.有人还发现,某些神经肽与经典的神经递质共存,如延髓后部的5－羟色胺神经元中也含有促甲状腺激素释放激素(TRH).根据摄胺脱羧细胞与神经元的这些共同之处,因此认为所谓摄胺脱羧系统与神经系统可能是一个整体,共同完成调节和控制机体动态平衡的生理过程.此外,又有人提出了旁神经元的概念,也包括摄胺脱羧细胞在内.神经内分泌使神经和内分泌这两个调节系统统一成为体内一种重要的整合因素——神经内分泌系统.