月经周期受下丘脑-垂体-性腺轴调控。青春期后，下丘脑神经内分泌细胞产生的GnRH，使腺垂体远侧部嗜碱性细胞分泌FSH和LH。卵泡刺激素可促进卵巢卵泡生长、发育成熟并分泌大量雌激素。卵巢分泌的雌激素可使子宫内膜从月经期转入增生期。当血中的雌激素达到一定浓度时，反馈作用于下丘脑和垂体，抑制卵泡刺激素的分泌，但促进黄体生成素的分泌。在黄体生成素和卵泡刺激素的协同作用下，卵泡成熟、排卵并形成黄体。黄体产生孕激素和雌激素，可促使子宫内膜进入分泌期变化。当血中的孕激素增加到一定浓度时，反馈作用于下丘脑和垂体，抑制黄体生成素的释放，于是黄体发生退化，血中孕激素和雌激素骤然减少，子宫内膜进入月经期。由于血中雌、孕激素的减少，又反馈作用于下丘脑和垂体，促使下丘脑和垂体释放卵泡刺激素，卵泡又开始生长发育。

上述循环周而复始，下丘脑垂体有节律地调节卵巢活动周期与子宫内膜周期保持同步变化，以适应排卵受精、胚泡植入和生长发育的需要。