Magnocelulární neurosekreční buňky jsou velké neuroendokrinní buňky v supraoptickém jádru a paraventrikulárním jádru hypotalamu. V menším počtu se nacházejí také v akcesorních buněčných skupinách mezi těmito dvěma jádry, z nichž největší je nucleus circularis. Existují dva typy magnocelulárních neurosekrečních buněk, buňky produkující oxytocin a buňky produkující vazopresin, ale malý počet jich může produkovat oba hormony. Tyto buňky jsou neuroendokrinní neurony, jsou elektricky vzrušivé a generují akční potenciály v reakci na aferentní stimulaci.
Magnocelulární neurosekreční buňky u potkanů (kde byly tyto neurony nejrozsáhleji studovány) mají obecně jeden dlouhý varikózní axon, který se promítá do zadní části hypofýzy. Každý axon dává vzniknout asi 10 000 neurosekrečním terminálům a mnoha axonálním zduřeninám, které uchovávají velmi velké množství vezikul obsahujících hormony. Tyto vezikuly se z axonových zduřenin a nervových zakončení uvolňují exocytózou v reakci na vstup vápníku přes napěťově řízené iontové kanály, ke kterému dochází při šíření akčních potenciálů po axonech.
Buňky mají obvykle dva nebo tři dlouhé dendrity, které rovněž obsahují velké dilatace a velmi vysokou hustotu vezikul obsahujících hormony. Oxytocin a vazopresin se tedy mohou uvolňovat v mozku z těchto dendritů a také do krve z terminálů v zadní hypofýze. Uvolňování oxytocinu a vazopresinu z dendritů však není důsledně doprovázeno periferní sekrecí, protože uvolňování z dendritů je regulováno odlišně. Dendritické uvolňování může být vyvoláno depolarizací, ale také mobilizací intracelulárních zásob vápníku. Dendrity přijímají většinu synaptických vstupů od aferentních neuronů, které regulují magnocelulární neurony; obvykle magnocelulární neuron přijímá asi 10 000 synapsí od aferentních neuronů
.