Magnocellulära neurosekretoriska celler är stora neuroendokrina celler inom supraoptiska kärnan och paraventrikulära kärnan i hypotalamus. De finns också i mindre antal i accessoriska cellgrupper mellan dessa två kärnor, varav den största är nucleus circularis. Det finns två typer av magnocellulära neurosekretoriska celler, oxytocinproducerande celler och vasopressinproducerande celler, men ett litet antal kan producera båda hormonerna. Dessa celler är neuroendokrina neuroner, är elektriskt exciterbara och genererar aktionspotentialer som svar på afferent stimulering.
Magnocellulära neurosekretoriska celler hos råttor (där dessa neuroner har studerats mest ingående) har i allmänhet ett enda långt variskt axon, som projicerar till den bakre hypofysen. Varje axon ger upphov till cirka 10 000 neurosekretoriska terminaler och många axonförstoringar som lagrar ett mycket stort antal hormoninnehållande vesiklar. Dessa vesiklar frigörs från axonförstoringarna och nervterminalerna genom exocytos som svar på kalciuminträde genom spänningsstyrda jonkanaler, vilket sker när aktionspotentialer fortplantar sig nedför axonerna.
Cellerna har vanligen två eller tre långa dendriter, som också innehåller stora dilatationer och en mycket hög täthet av hormoninnehållande vesiklar. Oxytocin och vasopressin kan således frisättas i hjärnan från dessa dendriter, liksom i blodet från terminaler i den bakre hypofysen. Frisättning av oxytocin och vasopressin från dendriterna åtföljs dock inte alltid av perifer sekretion, eftersom dendritisk frisättning regleras på olika sätt. Dendritisk frisättning kan utlösas av depolarisering, men kan också utlösas av mobilisering av intracellulära kalciumlager. Dendriterna tar emot de flesta av de synaptiska inflödena från afferenta neuroner som reglerar de magnocellulära neuronerna; typiskt sett tar ett magnocellulärt neuron emot cirka 10 000 synapser från afferenta neuroner.