GnRH通过调控垂体促性腺激素的分泌，间接影响性腺合成性激素的水平，三者形成完整的下丘脑-垂体-性腺轴调节系统。具体机制可分为以下三个层面：
1、GnRH对垂体的调控作用
下丘脑分泌的GnRH以脉冲形式作用于垂体前叶，刺激其释放黄体生成素（LH）和卵泡刺激素（FSH）。GnRH的脉冲频率直接影响这两种激素的分泌模式，高频脉冲促进LH分泌，低频脉冲则更利于FSH释放。
2、垂体激素对性腺的刺激作用
LH主要作用于睾丸间质细胞或卵巢黄体细胞，促进睾酮、孕酮等类固醇激素合成；FSH则调控卵巢颗粒细胞和睾丸支持细胞的功能，促进卵泡发育、精子生成以及雌激素的分泌。这两种促性腺激素共同维持性腺的正常内分泌活动。
3、性激素的反馈调节机制
循环中的性激素通过负反馈机制作用于下丘脑和垂体。雌激素在排卵前可转为正反馈促进GnRH激增，而在多数情况下与睾酮共同抑制GnRH分泌。这种双向调节使性激素浓度维持在生理波动范围内，避免过高或过低的异常水平。
该调节系统的精密运作对生殖发育、月经周期、骨代谢等生理过程至关重要。若出现性激素水平紊乱，需通过检测GnRH兴奋试验、LH/FSH比值等指标评估下丘脑-垂体-性腺轴功能状态，在专业医生指导下进行针对性治疗。