خروجی سمپاتیکی از نخاع (T1-L2[L3]) و خروجی جمجمه‌ای-خاجی پاراسمپاتیکی (هسته‌های اعصاب کرانیال سوم، هفتم، نهم و دهم) و نخاعی ساکرال (دوم، سوم و چهارم) به وسیله هیپوتالاموس کنترل می‌شود. هیپوتالاموس دستگاه‌های نورواندوکراین و خودمختار بدن را هماهنگ می‌کند، در نتیجه هومئوستازی بدن را حفظ می‌کند.
بخش‌های سمپاتیک و پاراسمپاتیک دستگاه خودمختار معمولاً اثرات مخالفی بر روی احشا دارند. به عنوان مثال، فعالیت سمپاتیک ضربان قلب را افزایش، در حالی که فعالیت پاراسمپاتیک ضربان قلب را کاهش می‌دهد. فعالیت سمپاتیک، باعث شل شدن (relax) عضله صاف برونش‌ها اما فعالیت پاراسمپاتیک باعث انقباض آنها می‌شود.
اما باید خاطرنشان کرد که تعدادی از احشا این کنترل دوگانه خوب را از دست دستگاه خودمختار ندارند. برای مثال عضلات راست کننده فولیکول‌های مو تنها از سمپاتیک عصب می‌گیرند.
دستگاه عصبی خودمختار را نباید یک بخش مجزا از دستگاه عصبی به حساب آورد همانطوری که می‌دانیم دستگاه مذکور می‌تواند به همراه فعالیت سمپاتیک در بروز عواطف نقش مهمی را بازی کند و فعالیت خودمختار معینی همچون ادرار کردن را می‌توان تحت کنترل ارادی درآورد.
توجه داشته باشید که بخش سمپاتیک دستگاه خودمختار یک عمل گسترده در بدن دارد که این امر ناشی از سیناپس الیاف پیش عقده‌ای با تعداد زیادی از نورون‌های پس عقده‌ای و نیز آزاد شدن اپی‌نفرین و نور اپی‌نفرین از بخش مرکزی غده فوق کلیه و پخش شدن آنها به وسیله جریان خون در سراسر بدن ناشی می‌شود. در حالی که بخش پاراسمپاتیک دستگاه خودمختار کنترل محدودتری بر روی بدن اعمال می‌کند؛ زیرا علاوه بر آنکه الیاف پیش عقده‌ای تنها با چند نورون پس عقده‌ای سیناپس می‌کنند هیچ عضو قابل مقایسه‌ای نسبت به بخش مرکزی غده فوق کلیه برای دستگاه پاراسمپاتیک وجود ندارد.
هیپوتالاموس سیگنال‌هایی از همه بخش‌های دستگاه عصبی، الیاف آوران از احشا و اطلاعاتی راجع به سطح هورمون‌ها در خون دریافت می‌کند. این الیاف ورودی در داخل هیپوتالاموس هماهنگ شده و به وسیله راه‌های نزولی تشکیلات مشبک به مراکز خودمختار پایین‌تر در مغز و نخاع منتقل می‌شوند.
فاکتورهای آزاد کننده و فاکتورهای مهار کننده، به طریق مشابه داخل گردش خون آزاد می‌شوند، سطح هورمونی و ترشحات غدد اندوکراین را تحت تاثیر قرار می‌دهند و بدین ترتیب بر فعالیت اندام‌ها اثر می‌گذارند.
تحریک قسمت‌های مختلف قشر مغز و سیستم لیمبیک می‌تواند اثرات دستگاه خودمختاری را پدیدار نماید و چنین فرض می‌شود که این اثرات از طریق هیپوتالاموس به وقوع می‌پیوندد.
یک واقعیت شناخته شده این است که در نوزادی در نتیجه فرایند یادگیری اسفنکترهای مثانه و رکتوم تحت کنترل ارادی در می‌آیند همچنین یک واقعیت شناخته شده دیگر این است که بسیاری از پاسخ‌های فیزیکی به یک واکنش هیجانی به وسیله دستگاه عصبی خودمختار صورت می‌گیرد. این تغییرات به واسطه ارتباطاتی که بین قشر مغز، دستگاه لیمبیک و هیپوتالاموس وجود دارد، قابل توجیه هستند.
