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 большем разнообразии видов связи, которая осуществляется теперь; эти клетки посылают регуляторные сигналы, достигающие более отдаленных участков тела.

Центральная нервная система ( ЦНС ) появилась в ходе эволюции как средоточие механизмов регуляции и координации функций организма. По мере ее развития 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 как автономная нервная система, но по мере усложнения и развития видов он оказывался уже недостаточным для обеспечения возможности выживания.

По мере того как способ непосредственного контакта нерва с клеткой становился все более непрактичным, возникла очевидная необходимость в следующем этапе усложнения: секреции регуляторных молекул , предназначенных действовать в более отдаленных местах. Первым процессом такого рода явилась прямая нейросекреция гормонов из ЦНС или из специализированных эффекторов, развившихся 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 которой выделяется вазопрессин , и клетками мозгового слоя надпочечников , секретирующими адреналин .

Клетки, происходящие из нервного гребешка и обладающие нейросекреторными элементами, мигрировали 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. Это объясняет присутствие соматостатина , вазоактивного интестинального пептида ( ВИП ), нейротензина , субстанции Р 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 ).

Это может лежать и в основе возникновения гормонально- активных опухолей легких , опухолей кишечника и опухолей поджелудочной железы .

Вероятная необходимость в создании более высоких концентраций многих гормонов в определенных местах (например, кортизола для регуляции активности фенилэтиламин-N-метилтрансферазы ( ФЭМТ ) в мозговом слое надпочечника , тестостерона для регуляции сперматогенеза в яичниках и эстрогенов для образования желтого тела , инсулина и глюкагона для регуляции печеночной продукции глюкозы ) могла обусловить 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 рилизинг-гормонов , синтезируемых мозгом .

Поскольку ЦНС развивалась как гормонпродуцирующая система, тот факт, что в ней сохраняется экспрессия генов некоторых гормонов, наблюдаемая преимущественно в эндокринных железах, локализованных вне ЦНС (например, генов, кодирующих синтез общего предшественника АКТГ и бета-эндорфина , СТГ и ренина ), может и не вызывать удивления. Кроме того, сохранение вне мишеней эффектов гипофизарных гормонов (например, острого инсулинотропного и липолитического эффектов АКТГ), которые у человека, по-видимому, не имеют физиологического значения, может отражать роль этих гормонов на более ранней стадии филогенеза, в период их вероятной секреции непосредственно ЦНС.

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 и эффективной элиминации гормона в условиях избыточного поступления с системную циркуляцию неиспользованных в органах-мишенях их количеств.

Хотя существуют и расхождения, но процесс онтогенетического развития в некоторых чертах повторяет филогенез в плане миграции ткани нервного гребешка в другие области организма и динамики роли ЦНС и эндокринных желез в интеграции реакций на изменения окружающей среды (например, реакция ТТГ на снижение окружающей температуры, что происходит, в частности, при родах и исчезает после первого года жизни). Основные различия между процессами обусловлены, вероятно, практическим отсутствием изменений окружающей среды в период онтогенеза.

В процессе эволюции для интеграции метаболизма появились различные химические типы гормонов .

Для гормонов важное значение имеет и посттрансляционная модификация, которая может включать протеолиз и гликозилирование.