A ADH regula a quantidade de água no sangue. Se a quantidade de água baixar no organismo a pressão osmótica no sangue aumenta, os recetores do hipotálamo detetam esta alteração, e induzem a hipófise a libertar ADH. A hormona circula na corrente sanguínea e quando atinge as células da parede do tubo coletor (células alvo) nos rins, causa um aumento da permeabilidade, permitindo que maior quantidade de água seja reabsorvida para os capilares sanguíneos. A urina perde água e fica mais concentrada e o sangue recebe mais água regularizando a sua pressão osmótica.

Este mecanismo tem uma retroação negativo, em que o efeito contraria a causa inicial. Assim, quando a descida de pressão osmótica, por exemplo pela ingestão de água, é detetada pelo hipotálamo, a hipófise inibe a libertação de ADH. Neste caso a permeabilidade dos tubos coletores é baixa, a água não é reabsorvida e a urina é mais diluída.