应激的主要神经内分泌反应包括蓝斑 - 交感 - 肾上腺髓质系统和下丘脑 - 垂体 - 肾上腺皮质轴的强烈兴奋，此外还有其他多种内分泌激素的改变。

蓝斑 - 交感 - 肾上腺髓质系统在应激时起重要作用。蓝斑是该系统的中枢位点，它接受来自躯体应激原的传入冲动，激活交感神经。交感神经兴奋会使肾上腺髓质释放大量的肾上腺素和去甲肾上腺素。这些激素具有多方面的生理效应。在心血管方面，可使心率加快、心肌收缩力增强、心输出量增加，从而提高血压，保证重要器官如心脏、大脑的血液供应。在代谢方面，促进糖原分解和脂肪动员，使血糖和游离脂肪酸升高，为机体提供更多的能量。同时，还能使支气管扩张，增加肺通气量，以满足应激时对氧的需求。不过，如果该系统过度兴奋，可能导致心肌耗氧量增加、血管痉挛，引发高血压、心肌缺血等不良后果。

下丘脑 - 垂体 - 肾上腺皮质轴也是应激反应的关键部分。应激原作用于机体后，下丘脑分泌促肾上腺皮质激素释放激素（CRH），刺激垂体分泌促肾上腺皮质激素（ACTH），进而促使肾上腺皮质合成并分泌糖皮质激素。糖皮质激素具有广泛的生物学效应。它可以提高机体对有害刺激的耐受力，抑制炎症反应和免疫反应，避免过度的免疫损伤。还能促进蛋白质分解和糖异生，升高血糖，保证能量供应。但长期大量的糖皮质激素分泌会抑制免疫功能，使机体易感染，还可能导致代谢紊乱，如出现向心性肥胖、血糖升高等。

除了上述两个主要系统外，应激时还会有其他内分泌变化。如胰高血糖素、生长激素分泌增加，胰岛素分泌减少，以维持血糖水平；抗利尿激素和醛固酮分泌增多，有助于维持水钠平衡和血容量。这些神经内分泌反应相互协调，共同应对应激，以维持内环境的稳定。