E' la capacità di regolare la temperatura di un sistema biologico. Si basa sull'adattamento dei processi di produzione e di dispersione del calore ai cambiamenti della temperatura ambientale al fine di mantenere costante la temperatura dell'organismo attraverso la produzione di calore derivante dai processi ossidativi del metabolismo energetico, dall'attività muscolare e dall'alimentazione. Le perdite di calore avvengono in gran parte (70%) per irradiazione e per conduzione e, secondariamente, attraverso il sudore, la respirazione, la defecazione e la minzione. I meccanismi attivati dal freddo sono: l'attività muscolare (brividi), la secrezione di adrenalina, di noradrenalina e di ormone tireotropo, l'aumento dell'appetito (fattori che aumentano la produzione di calore), la vasocostrizione dei capillari cutanei e i riflessi di orripilazione e di raggomitolamento, che tendono a diminuire le perdite di calore. Al contrario, sono attivate dal caldo: la vasodilatazione cutanea, l'aumento della frequenza del respiro e la sudorazione, che favoriscono la dispersione del calore mediante evaporazione; diminuiscono inoltre l'appetito, l'attività motoria e la secrezione ipofisaria di ormone tireotropo, con conseguente rallentamento del metabolismo e, quindi, della produzione di calore. L'insieme dei meccanismi riflessi termoregolatori è integrato dall'ipotalamo. Nell'ipotalamo anteriore esiste un centro termolitico, costituito da un gruppo di neuroni sensibili ad aumenti di temperatura di 1-2 °C e capaci di reagire a questi aumenti con l'attivazione dei meccanismi di dispersione termica. Lesioni a livello dei nuclei dell'ipotalamo anteriore determinano ipertermia. Nell'ipotalamo posteriore e laterale esiste un centro termogenetico, costituito da neuroni che risentono delle diminuzioni della temperatura ambiente reagendo a esse con l'attivazione dei meccanismi conservativi e produttivi del calore. In determinate circostanze il controllo ipotalamico della temperatura corporea risulta spostato a un livello più alto; ciò in particolare si osserva nella febbre, la quale è dovuta il più delle volte alla liberazione di tossine, che agiscono sui centri termoregolatori dell'ipotalamo attraverso fattori pirogeni dei leucociti circolanti.