A magnocelluláris neuroszekréciós sejtek a hypothalamus supraopticus magjában és paraventricularis magjában található nagy neuroendokrin sejtek. Kisebb számban e két mag közötti járulékos sejtcsoportokban is megtalálhatók, a legnagyobb a nucleus circularis. A magnocelluláris neuroszekréciós sejteknek két típusa van, az oxitocin-termelő sejtek és a vazopresszin-termelő sejtek, de kis számban mindkét hormont képesek termelni. Ezek a sejtek neuroendokrin neuronok, elektromosan gerjeszthetők, és afferens ingerlés hatására akciós potenciálokat generálnak.
A magnocelluláris neuroszekréciós sejteknek patkányokban (ahol ezeket a neuronokat a legkiterjedtebben tanulmányozták) általában egyetlen hosszú varikózus axonjuk van, amely a hátsó agyalapi mirigybe vetül. Minden egyes axonból körülbelül 10 000 neuroszekréciós terminális és számos axonduzzanat ered, amelyek nagyon nagyszámú hormontartalmú vezikulát tárolnak. Ezek a vezikulák az axonduzzanatokból és az idegvégződésekből exocitózissal szabadulnak fel a feszültségkapcsolt ioncsatornákon keresztül történő kalciumbemenetre válaszul, ami akkor következik be, amikor az akciós potenciálok az axonokon lefelé terjednek.
A sejteknek jellemzően két vagy három hosszú dendritjük van, amelyek szintén nagy tágulatokat és igen nagy sűrűségű hormontartalmú vezikulákat tartalmaznak. Az oxitocin és a vazopresszin így ezekből a dendritekből az agyon belül, valamint a hátsó agyalapi mirigyben lévő terminálisokból a vérbe is felszabadulhat. Az oxitocin és a vazopresszin dendritekből történő felszabadulását azonban nem következetesen kíséri perifériás szekréció, mivel a dendritikus felszabadulás másképp szabályozott. A dendritikus felszabadulást kiválthatja a depolarizáció, de kiválthatja az intracelluláris kalciumraktárak mobilizálása is. A dendritek kapják a legtöbb szinaptikus bemenetet az afferens neuronoktól, amelyek a magnocelluláris neuronokat szabályozzák; jellemzően egy magnocelluláris neuron körülbelül 10 000 szinapszist kap az afferens neuronoktól.