신경전달물질 다음으로 유기체 내에서 정보 전달에 중요한 화학물질은 분비계(endocrine system)의 분비세포에서 생성되는 호르몬(hormone)이다. 호르몬은 분비세포에서 생성된 후 혈류로 방출되어 운반되다가 표적기관의 특정 호르몬 수용기와 결합하게 되면, 신진대사, 성장, 생식 등 특정의 생리적 효과를 산출한다. 예를 들어, 췌장에서 분비되는 인슐린(insulin)은 당 대사를 조절하고 뇌하수체 후엽에서 분비되는 바소프레신(vasopressin)은 신장으로 하여금 물을 보유하게 한다. 또한 유기체가 위급한 상황에 닥칠 때, 호르몬은 뇌하수체 전엽 또는 자율신경계를 활성화시켜 부신선(adrenal gland)으로부터 코르티솔(cortisol), 에프네프린 또는 노르에프네프린 등의 스트레스 호르몬을 분비하게 해서 심장 박동, 혈당 등을 증가시킴으로써 위기에 잘 대처하게 하는 등, 특정적인 행동적 효과도 산출한다.
호르몬이 수용기와 결합하여 특정의 생리적 또는 행동적 효과를 유발한다는 점은 신경전달물질의 기능과 유사해 보이지만, 이와 구별되는 몇 가지 특징이 있다.
첫째, 신경전달물질은 자신의 뉴런 내에서 생성 장소로부터 시냅스 전 막까지 미세관을 따라 이동한 후 방출되지만, 호르몬은 관이 없이 분비선에서 혈류로 직접 분비된다. 이미 언급한 대로, 대부분의 신경전달물질은 세포체에서 생성되어 축색 내의 미세관을 따라 종말단추까지 이동한 후 시냅스 전 막에서 방출된다.
둘째, 신경전달물질은 표적세포가 자신의 방출 지점으로부터 가까이 있지만 호르몬은 표적세포가 자신의 분비 지점으로부터 먼 거리에 있다. 신경전달물질의 경우에 시냅스 간격이 약 200(즉, 20나노미터)이지만, 호르몬의 경우는 분비 지점에서 표적세포까지의 직선거리만 해도 수십 센티미터(cm)가 되는 경우가 있는데(예를 들어, 부신피질 자극 호르몬은 뇌, 즉 뇌하수체에서 분비되고 이의 수용기가 있는 표적세포는 신장 바로 위에 위치하는 부신에 있다), 대부분의 호르몬이 분비 직후 혈류를 따라서 표적세포에 전달되는 사실을 고려하면 실제 거리는 이보다 훨씬 더 길 것이다.
셋째, 이들 화학물질이 분비된 후 효과가 나타나기까지의 잠재기와 효과의 지속 기간 모두가 신경전달물질의 경우는 짧음에 반하여 호르몬의 경우는 길다(김현택 외, 2003).