Durante el ciclo sexual de la mujer se experimentan profundos cambios en varias partes del sistema reproductor femenino, tales como el ovario o endometrio; estos cambios son regulados por el hipotálamo y la hipófisis, dos estructuras situadas en la base del cerebro. El hipotálamo es una estructura nerviosa situada en la base del cerebro. En él se localizan numerosos núcleos nerviosos que regulan múltiples funciones vegetativas. Justo debajo del hipotálamo se localiza una pequeña glándula, la hipófisis.
El hipotálamo, la adenohipófisis y el ovario constituyen un eje neuroendocrino. El hipotálamo sintetiza GnRH, un tipo de hormona que a través del sistema porta hipofisario alcanza a la adenohipófisis, donde se producen nuevas secreciones que se vierten a la circulación y llevan a cabo sus acciones sobre el ovario.
Los estrógenos producidos por el ovario causan inhibición de la secreción, completándose así un circuito de retroalimentación. Este efecto inhibitorio de los estrógenos se ve potenciado por la progesterona.
Los ovarios están constituidos por un estroma y una gran cantidad de folículos, formados a su vez por una pared de células conocida como teca, que rodea a una capa de células foliculares conocida como granulosa, que segrega estrógenos. La porción central del folículo está ocupada por un oocito, que al dividirse dará lugar a un óvulo.
A partir de la pubertad, comienzan a madurar varios folículos cada mes, pero habitualmente sólo uno completa el proceso de maduración. Aproximadamente, a los 14 días del inicio de la menstruación, el folículo maduro se rompe y expulsa el óvulo a la trompa de Falopio, lo que se conoce como ovulación. Si no es fecundado llegará al útero.
Al final de la menstruación sólo se conservan las capas más profundas del endometrio. Tras la ovulación, si no hay embarazo dejan de producirse estrógenos y progesterona, y sobreviene la menstruación.