Magnozelluläre neurosekretorische Zellen sind große neuroendokrine Zellen im Nucleus supraopticus und im Nucleus paraventricularis des Hypothalamus. Sie sind auch in kleinerer Zahl in akzessorischen Zellgruppen zwischen diesen beiden Kernen zu finden, wobei der Nucleus circularis der größte ist. Es gibt zwei Arten von magnozellulären neurosekretorischen Zellen, nämlich Oxytocin- und Vasopressin-produzierende Zellen, wobei eine kleine Anzahl beide Hormone produzieren kann. Diese Zellen sind neuroendokrine Neuronen, die elektrisch erregbar sind und als Reaktion auf afferente Stimulation Aktionspotentiale erzeugen.
Magnozelluläre neurosekretorische Zellen bei Ratten (wo diese Neuronen am ausführlichsten untersucht wurden) haben im Allgemeinen ein einziges langes variköses Axon, das in den Hypophysenhinterlappen projiziert. Jedes Axon bildet etwa 10.000 neurosekretorische Terminale und viele Axonschwellungen aus, die eine sehr große Anzahl von hormonhaltigen Vesikeln speichern. Diese Vesikel werden aus den Axonschwellungen und Nervenendigungen durch Exozytose als Reaktion auf den Kalziumeintritt durch spannungsgesteuerte Ionenkanäle freigesetzt, der auftritt, wenn sich Aktionspotentiale in den Axonen ausbreiten.
Die Zellen haben typischerweise zwei oder drei lange Dendriten, die ebenfalls große Dilatationen und eine sehr hohe Dichte an hormonhaltigen Vesikeln enthalten. Oxytocin und Vasopressin können daher von diesen Dendriten im Gehirn und von den Terminals in der Hypophysenhinterwand ins Blut freigesetzt werden. Die Freisetzung von Oxytocin und Vasopressin aus den Dendriten geht jedoch nicht immer mit einer peripheren Sekretion einher, da die dendritische Freisetzung unterschiedlich reguliert wird. Die dendritische Freisetzung kann durch Depolarisation, aber auch durch die Mobilisierung intrazellulärer Kalziumspeicher ausgelöst werden. Die Dendriten erhalten den größten Teil der synaptischen Eingänge von afferenten Neuronen, die die magnozellulären Neuronen regulieren; typischerweise erhält ein magnozelluläres Neuron etwa 10.000 Synapsen von afferenten Neuronen.