Tweede van vijf achter elkaar gelegen embryonale hersenblaasjes bij gewervelde dieren; vormt belangrijke onderdelen die fysiologische lichaamsfuncties reguleren
Bij alle gewervelde dieren bestaan de hersenen in aanleg uit vijf achter elkaar gelegen blaasjes, verwijdingen van het frontale uiteinde van de neurale buis. Het tweede hersenblaasje, het diencephalon, ligt enigszins ventraal, tegen het chiasma opticum, de kruising van de oogzenuwen. Het is in tegenstelling tot het telencephalon ongepaard. Het dak van het diencephalon vormt de epithalamus, de zijwanden de thalamus en de bodem de hypothalamus.
Al deze structuren hebben cruciale regulerende functies in processen die niet tot het bewustzijn doordringen, zoals regulatie van lichaamstemperatuur (bij endotherme dieren), vochtgehalte van het bloed, bloeddruk, dag-nachtritmiek en seksuele activiteit.
Een ventrale uitloper van het diencephalon vormt de neurohypofyse; dit is de plek waar neurohormonen afgeven worden aan het bloed. Hierbij voegt zich een endocriene klier vanuit de bovenwand van het monddak, de adenohypofyse. Samen vormen deze twee de achterkwab en voorkwab van de hypofyse. De hypofyse ligt als hersenaanhangsel in een holte van het basicranium, het Turkse zadel.
Aan de bovenzijde vormt het diencephalon de epifyse (ook genoemd pijnappelklier of pineaalorgaan), een lichtgevoelige hersenuitloper direct onder het schedeldak die in fase met de dag-nachtcyclus het hormoon melatonine afgeeft. Dit hormoon reguleert o.a. de groei van de gonaden bij dieren met seizoensafhankelijke voortplanting. De epifyse heeft in de loop van de evolutie functies verloren; bij zoogdieren is alleen de melatonineproductie behouden gebleven. De lichtmeting is naar het oog verplaatst, terwijl het klokmechanisme in de nucleus suprachiasmaticus van de hypothalamus zit.
Behalve het pineale melatoninesysteem zijn de onderdelen van het diencephalon relatief geconserveerd in de evolutie van de Vertebrata.
