多數(shù)情況下，腦組織依賴血漿葡萄糖作為它的代謝能源。血腦屏障保護腦組織，避免與血漿白蛋白結(jié)合的游離脂肪酸接觸，由于酮體轉(zhuǎn)運至腦組織太慢太少，明顯不能滿足腦的能量需求，除非正常空腹血漿酮體水平明顯升高。血糖在正常調(diào)節(jié)下維持一定水平，保證以足夠速率轉(zhuǎn)運至腦組織。

胰島素不參與調(diào)節(jié)腦組織對葡萄糖利用。中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)調(diào)節(jié)中樞通過迅速增加腎上腺能神經(jīng)系統(tǒng)功能，促進腎上腺素釋放來調(diào)節(jié)血糖水平，并對潛在缺糖作出有效反應。其他的神經(jīng)內(nèi)分泌反應包括促進生長激素和皮質(zhì)醇分泌，抑制胰島素分泌。肝糖輸出增多，非神經(jīng)組織對葡萄糖利用減少。低血糖急性反應期，腎上腺素能神經(jīng)興奮和胰高血糖素（見下文）起關(guān)鍵作用，而生長激素和皮質(zhì)醇分泌反應較遲，作用較小，但這些激素長期缺乏可損害對低血糖的正常反向調(diào)節(jié)作用。如果出現(xiàn)中樞神經(jīng)系統(tǒng)嚴重血糖缺乏，則高級中樞功能降低，以減少腦組織對能量需求。若意識喪失的低血糖病人未立即治療，可導致癲癇發(fā)作及不可逆的神經(jīng)損傷。

胰高血糖素是α細胞分泌的一種肽類激素，在人類只存在于胰島組織。生理濃度的胰高血糖素僅在肝臟發(fā)揮作用，可迅速促進肝糖原分解，促進葡萄糖釋放入血。它亦可刺激糖原異生作用，激活長鏈脂肪酸進入線粒體的轉(zhuǎn)運系統(tǒng)，以進行氧化和生酮。罕見的個別嬰兒低血糖癥是由于相對胰高血糖素不足，伴有相對高胰島素血癥。