Magnocellulaire neurosecretorische cellen zijn grote neuro-endocriene cellen in de supraoptische kern en de paraventriculaire kern van de hypothalamus. Zij worden ook in kleinere aantallen aangetroffen in accessoire celgroepen tussen deze twee kernen, waarvan de grootste de nucleus circularis is. Er zijn twee soorten magnocellulaire neurosecretorische cellen, oxytocine-producerende cellen en vasopressine-producerende cellen, maar een klein aantal kan beide hormonen produceren. Deze cellen zijn neuro-endocriene neuronen, zijn elektrisch exciteerbaar, en genereren actiepotentialen in reactie op afferente stimulatie.
Magnocellulaire neurosecretorische cellen bij ratten (waar deze neuronen het meest uitgebreid zijn bestudeerd) hebben in het algemeen een enkel lang varicose axon, dat naar de achterste hypofyse projecteert. Elk axon geeft aanleiding tot ongeveer 10.000 neurosecretoire terminals en vele axonzwellingen die zeer grote aantallen hormoonhoudende blaasjes opslaan. Deze blaasjes komen vrij uit de axonzwellingen en zenuwterminals door exocytose in reactie op calciumintrede via spanningsafhankelijke ionenkanalen, die optreedt wanneer actiepotentialen zich langs de axonen voortplanten.
De cellen hebben gewoonlijk twee of drie lange dendrieten, die ook grote dilataties en een zeer hoge dichtheid van hormoonhoudende blaasjes bevatten. Oxytocine en vasopressine kunnen dus in de hersenen vrijkomen vanuit deze dendrieten, en ook in het bloed vanuit de terminals in de achterste hypofyse. De afgifte van oxytocine en vasopressine uit dendrieten gaat echter niet altijd gepaard met perifere secretie, omdat de dendritische afgifte anders wordt gereguleerd. Dendritische afgifte kan worden uitgelokt door depolarisatie, maar kan ook worden veroorzaakt door de mobilisatie van intracellulaire calciumvoorraden. De dendrieten ontvangen de meeste synaptische inputs van afferente neuronen die de magnocellulaire neuronen reguleren; typisch ontvangt een magnocellulair neuron ongeveer 10.000 synapsen van afferente neuronen.