Вся система регуляции менструального цикла построена по иерархическому принципу (нижележащие структуры регулируются вышележащими, которые в свою очередь реагируют на изменения в нижележащих уровнях) и состоит из пяти уровней. При этом сигналы, поступающие от нижележащих структур, корректируют деятельность вышележащих.
К первому уровню относятся так называемые органы-мишени, то есть органы, которые являются конечной точкой приложения половых гормонов, вырабатываемых яичниками. К ним относятся как органы женской репродуктивной системы (матка, маточные трубы, влагалище), так и другие органы (молочные железы, кожные покровы, кости, жировая ткань).
Интересно, что в головном мозге также обнаружены рецепторы к половым гормонам, что по-видимому может объяснять циклические колебания психики женщины в течение менструального цикла. Ко второму уровню относятся яичники, которые отвечают за созревание яйцеклетки и синтез женских половых гормонов. В начале каждого менструального цикла в яичнике начинается процесс созревания фолликула, в котором находиться яйцеклетка. Этот фолликул принято называть доминантным, от слова доминировать - превосходить в чем-либо. До сих пор не известно, почему из огромного числа яйцеклеток, находящихся в яичнике начинает свое развитие фолликул именно с этой яйцеклеткой. В процессе созревания фолликула, яичник выделяет в кровяное русло женские половые гормоны - эстрогены и прогестерон. В первой половине менструального цикла (фолликулиновой фазе) концентрация эстрогенов в крови постепенно увеличивается и достигает своего максимума к моменту овуляции - выхода яйцеклетки из фолликула. При этом происходит разрыв стенки доминантного фолликула, что иногда может приводить к возникновению болей и кровотечения из капилляров. Из доминантного фолликула формируется желтое тело - начинается вторая половина менструального цикла (лютеиновая фаза), название которого связана с накоплением в его клетках особого пигмента желтого цвета. Желтое тело выделяет в кровяное русло несколько половых гормонов, но самый важный из них - прогестерон, который является вторым женским половым гормоном. Концентрация прогестерона во второй половине менструального цикла значительно возрастает. Этот гормон, наряду с другими гормонами, отвечает за правильное развитие беременности. Если она наступила, то желтое тело становиться желтым телом беременности и продолжает функционировать. Если же беременность не наступила, то необходимости в дальнейшем функционировании желтого тела нет и оно подвергается обратному развитию (регрессу). К третьему уровню относят гипофиз (точнее его переднюю долю - аденогипофиз) - специальную железу внутренней секреции, если так можно выразиться, "начальника" всех других желез внутренней секреции. Гипофиз располагается у основания головного мозга и продуцирует ряд важнейших гормонов, среди которых два, непосредственно регулируют работу яичников - это фолликулостимулирующий гормон (ФСГ) и лютеонизирующий гормон (ЛГ). По другому, эти два гормона называются еще гонадотропинами, учитывая их действие на яичники (гонады). Основная роль ФСГ в организме женщины - стимуляция роста доминантного фолликула в яичнике, а также совместно с ЛГ - овуляция доминантного фолликула. Роль ЛГ заключается в стимуляции синтеза прогестерона в клетках желтого тела.
Гипофиз выделяет еще один важный для женщины гормон - пролактин (ПРЛ), который оказывает регулирующее действие на функцию молочных желез.Над гипофизом в прямом и переносном смысле находится гипоталамус - структура головного мозга, регулирующая функционирование гипофиза. Гипоталамус относиться к четвертому уровню регуляции менструального цикла и состоит из скопления нервных клеток, часть которых продуцирует специальные гормоны (релизинг-гормоны), один из которых, так называемый релизинг-гормон ЛГ (РГ ЛГ), оказывает прямое действие на синтез гонадотропинов в гипофизе. Особенностью выделения этого гормона, является его четкая ритмичность. Он выделяется в пульсирующем режиме, образуя своеобразные "биологические часы", что обуславливает цикличность всех процессов в организме женщины.
Верховенствующую роль кора играет головного мозга, который воспринимает импульсы из внешней среды и от рецепторов организма. Посредством специальных сигналов, кора головного мозга реализует свое влияние на выработку РГ ЛГ в гипоталамусе. Примером влияния коры головного мозга на женскую репродуктивную систему, является хорошо известный факт нарушения менструального цикла в ситуациях, когда женский организм испытывает стресс (война, голод). Нейрогуморальная регуляция менструального цикла происходит с участием коры головного мозга, гипоталамуса, гипофиза, яичников, а также матки, влагалища, молочных желез. Под влиянием физиологических изменений в гипоталамусе и гипофизе в яичниках происходят циклические изменения (яичниковый цикл), включающие рост и созревание фолликула (фолликулярная фаза), овуляцию и фазу жёлтого тела (лютеиновая фаза). Если не произошло оплодотворения яйцеклетки, жёлтое тело подвергается обратному развитию в конце менструального цикла. Под влиянием половых гормонов, выделяемых яичниками, изменяется тонус, возбудимость и кровенаполнение матки, происходят изменения в её слизистой оболочке (маточный цикл).

Слизистая оболочка матки в этот период претерпевает ряд изменений: десквамацию (слущивание), проявляющуюся собственно кровотечением и совпадающую с началом обратного развития жёлтого тела в яичнике; регенерацию (восстановление), начинающуюся ещё в период менструации и заканчивающуюся обычно к 5-6-му дню цикла; пролиферацию (разрастание), совпадающую с процессом созревания фолликула; секрецию, совпадающую с фазой развития жёлтого тела, в результате чего создаются благоприятные условия для внедрения и развития зародыша. Причинами нарушения менструального цикла могут быть тяжёлые инфекционные болезни, гиповитаминоз, интоксикации, профессиональные, сердечно-сосудистые заболевания, болезни крови, печени, почек, психическая травма, нервное перенапряжение, эндокринные заболевания, поражения гипофиза, воспалительные заболевания матки и придатков, повреждения матки (например, при искусственном аборте). Расстройства менструального цикла проявляются в виде основных форм - аменорее и дисфункционалъных маточных кровотечений, но могут также характеризоваться изменением интенсивности и ритмичности менструаций: уменьшением или увеличением интервалов между ними, усилением интенсивности выделения крови, беспорядочным характером менструаций. Женщины с нарушениями цикла должны обследоваться у врача-гинеколога. Полноценность менструального цикла основана не только на регулярности менструаций, так как ритмичные менструальноподобные кровотечения могут наблюдаться и при ановуляторном цикле, при котором отсутствует овуляция. Нормальный менструальный цикл характеризуется двухфазностью: наличием фолликулярной и лютеиновой фаз в яичнике и соответственно фаз пролиферации и секреции в слизистой оболочке матки. Один из методов выявления его двухфазности осуществляется с помощью температурного теста, основанного на регулярном утреннем измерении температуры в прямой кишке (ректальной, или базальной, температуры), отражающей функцию яичников. Базальная температура ниже 37°С в фолликулярной фазе нормального менструального цикла, выше 37°С в лютеиновой (снижается за 1-2 дня до менструации).
При ановуляторном цикле базальная кривая монофазная, температура ниже 37°С на одном уровне с незначительными колебаниями. Кроме того, при цитологическом исследовании влагалищных мазков различных периодов двухфазного цикла отмечаются определённые динамические изменения (симптом "зрачка", тягучесть шеечной слизи и др.). Температурный тест используется при физиологическом методе контрацепции. Гормональные изменения во время менструального цикла влияют на сексуальную активность женщины. Максимальная сексуальная возбудимость может приходиться на середину цикла (период овуляции) или на дни, примыкающие к дням менструации (непосредственно до и после неё). Однако определяющим является всё-таки психическое состояние женщины: например, если существует опасность нежелательной беременности, то максимальная активность во время овуляции может быть полностью подавлена под влиянием психических факторов, в то же время в бесплодные дни цикла она может повышаться. Однако в некоторых случаях постоянное половое воздержание с целью предохранения от беременности во время овуляции, когда женщина испытывает пик возбудимости, может привести к некоторому снижению у неё либидо. В этом случае рекомендуется сочетание разных противозачаточных средств в фертильный период менструального цикла.