Magnocellulære neurosekretoriske celler er store neuroendokrine celler i den supraoptiske kerne og den paraventrikulære kerne i hypothalamus. De findes også i mindre antal i accessoriske cellegrupper mellem disse to kerner, hvoraf den største er nucleus circularis. Der findes to typer af magnocellulære neurosekretoriske celler, oxytocinproducerende celler og vasopressinproducerende celler, men et lille antal kan producere begge hormoner. Disse celler er neuroendokrine neuroner, er elektrisk exciterbare og genererer aktionspotentialer som reaktion på afferent stimulation.
Magnocellulære neurosekretoriske celler hos rotter (hvor disse neuroner er blevet studeret mest indgående) har generelt et enkelt langt varikoseaxon, som projicerer til den bageste hypofyse. Hvert axon giver anledning til ca. 10.000 neurosekretoriske terminaler og mange axonforhøjninger, der lagrer et meget stort antal hormonholdige vesikler. Disse vesikler frigives fra aksonforstørrelserne og nerveterminalerne ved eksocytose som reaktion på kalciumindgang gennem spændingsafhængige ionkanaler, hvilket sker, når aktionspotentialer forplanter sig ned ad axonerne.
Cellerne har typisk to eller tre lange dendritter, som også indeholder store dilatationer og en meget høj tæthed af hormonholdige vesikler. Oxytocin og vasopressin kan således frigives i hjernen fra disse dendritter samt ud i blodet fra terminalerne i den bageste hypofyse. Frigivelsen af oxytocin og vasopressin fra dendriterne er imidlertid ikke konsekvent ledsaget af perifer sekretion, da dendritisk frigivelse reguleres forskelligt. Dendritisk frigivelse kan udløses af depolarisering, men kan også udløses af mobilisering af intracellulære calciumlagre. Dendriterne modtager størstedelen af de synaptiske input fra afferente neuroner, der regulerer de magnocellulære neuroner; typisk modtager et magnocellulært neuron omkring 10.000 synapser fra afferente neuroner.