體溫調節是指溫度感受器接受內外環境溫度的刺激，通過體溫調節中樞的活動，相應地改變內分泌腺、骨骼肌、皮膚血管和汗腺的活動，從而調節機體的產熱和散熱過程，使體溫保持在相對恒定的水平。
體溫調節是壹個自動控制系統(圖9-5)。控制的最終目標是深部溫度，在圖9-5中以心肺為代表。身體的內外環境是不斷變化的，很多因素會幹擾深部溫度的穩定。此時，反饋系統會將幹擾信息傳遞給體溫調節中樞，然後通過其整合來調節被控系統的活動，從而在新的基礎上實現新的機體熱平衡，達到穩定體溫的效果。
首先，溫度傳感器
(1)外周溫度感受器
皮膚和某些粘膜上的溫度感受器可分為兩種:冷感受器和熱感受器。它們將皮膚和外界環境的溫度變化傳遞給體溫調節中樞。在現實生活中，人在皮膚溫度為30℃時會感到寒冷，而在皮膚溫度為35℃左右時會感到溫暖。腹部臟器的溫度傳感器可以稱為深部溫度傳感器，它可以感知內臟溫度的變化，然後傳遞給體溫調節中樞。
(2)中樞溫度感受器
下丘腦、腦幹網狀結構和脊髓中有溫度敏感神經元:溫度升高時沖動頻率增加的稱為溫度敏感神經元；溫度下降時脈沖頻率增加的稱為冷敏感神經元。下丘腦前部和視前區有許多溫度敏感神經元，而冷敏感神經元主要在網狀腦幹結構中，但兩種神經元往往同時存在。中樞溫度感受器直接感知流經大腦和脊髓的血液的溫度變化，並通過壹定的神經連接將沖動傳遞到下丘腦溫度調節中樞。
第二，體溫調節中樞
(壹)體溫調節中樞的位置
根據對多種溫血動物大腦的實驗，證明切除大腦皮層和部分皮層下結構後，只要保持下丘腦以下的神經結構完整，動物在行為上可能存在壹些不足，但仍有能力維持恒定的體溫。如果下丘腦被進壹步破壞，動物就不能再保持相對恒定的體溫。上述實驗表明，調節體溫的主要中樞位於下丘腦。壹般認為應該包括下丘腦前部和下丘腦後部。如上所述，下丘腦前部有許多熱敏感神經元和少數冷敏感神經元。實驗還證明，刺激該區域可引起產熱散熱反應:當該區域受熱時，熱敏神經元興奮，促進散熱反應；如果被冷卻，冷敏感神經元會被激發，促進產熱反應。如果用上述溫度刺激下丘腦後部，效果並不顯著，但電刺激下丘腦後部可增強骨骼肌的張力，增加產熱。所以現在認為視前區——下丘腦前部，在接受溫度刺激後，將信息傳遞到下丘腦後部進行整合，調節產熱散熱的過程，保持體溫相對穩定。
(二)定點理論
體溫調節的機制，即如何將體溫維持在37℃，壹般用設定點理論來解釋。根據這壹理論，人類和高級溫血動物的體溫類似於恒溫器。設定點相當於恒溫器，是調節溫度的基準。下丘腦視前區的溫度敏感神經元和冷敏感神經元起調節點的作用。這兩類神經元的強度根據下丘腦的溫度而變化，其變化的特征為鐘形曲線，如圖9-6所示。這兩條曲線的交點就是已經調試好的溫度參考點，稱為設定點。此時的正常溫度設定為37℃。如果這裏流動的血液溫度超過37℃，溫敏神經元的放電頻率就會增加，從而加強散熱過程，減弱產熱過程。如果這裏流動的血液溫度低於37℃，就會引起相反的變化。皮膚溫度感受器的傳入信息也可以通過中樞整合影響設定點的活動。
壹般情況下，調節點的範圍很窄，但也可以因生理活動或病理反應而改變。如果細菌感染導致發熱，熱原可改變溫度敏感和冷敏感神經元的活動，使調節點上移(如38℃)。設定點上移後，產熱和散熱過程將在較高水平(38℃)達到平衡。解熱鎮痛藥的作用機制是降低設定點，從而使體溫恢復到正常水平。
第三，體溫調節的效應器和反饋效應
下丘腦體溫調節中樞在確定體溫的設定點時，發出外向信號，使產熱和散熱的過程在這個溫度下達到平衡。當體溫稍有上升並超過設定點時，骨骼肌張力降低，甲狀腺和腎上腺分泌減少，血管擴張，皮膚血流量增加，汗腺分泌增加，散熱增加，使體溫恢復到正常的設定點水平。當溫度略低於設定點時，血管收縮，皮膚血流量減少，汗腺停止分泌，骨骼肌張力增加，產生畏寒等反應，甲狀腺激素分泌也增加，新陳代謝改善，產熱增加，體溫恢復到正常設定點水平。
第四，大腦皮層和行為體溫調節的作用
大腦皮層切除的動物雖然體溫仍能保持正常，但對環境中冷熱刺激的反應明顯變慢。這說明大腦皮層在體溫調節中起著重要作用。身體可以通過條件反射來調節體溫。與寒冷或極熱有關的視覺和聽覺刺激可以提高身體的代謝水平。對於在高溫或低溫場所工作的人來說，環境中的冷或熱刺激可以多次與工作時間、地點相結合，形成條件反射，使身體適應環境。
另外，人體體溫有行為調節。身體可以通過有意識的活動來調節體溫。再比如，人類也可以制造人工氣候，讓溫度更加舒適。
動詞 （verb的縮寫）異常體溫
人體調節體溫的能力是有壹定限度的。如果環境溫度長時間劇烈變化，或者人體體溫調節機制失靈，產熱過程和散熱過程不能保持相對平衡，就會出現體溫異常。
中暑和發燒
當壹個人處於高溫環境或夏季烈日下，體內產生的熱量不能及時散發，造成體熱過度積聚，體溫紊亂，就會發生中暑。其突出表現是體溫升高，嚴重時可達40℃以上，可出現頭痛、頭暈、脈搏微弱、血壓下降甚至意識喪失等癥狀。長期高熱可能引起體溫調節中樞功能衰竭，造成嚴重後果。
發燒是許多疾病伴隨的癥狀。比如細菌毒素等熱原進入體內，設定點就會升高，體溫可達38℃以上。發燒會引起不適，消耗體力，增加心臟負擔。
(2)體溫過低
在低溫環境下，如果體溫中樞的調節使產熱不足以補償散熱，正常體溫就無法維持，逐漸下降。
由於體溫的適當降低，可以降低機體的代謝率，也可以降低組織的耗氧量，可以消除或減輕缺氧對細胞的損害。因此，人工低溫麻醉可用於大規模外科手術，也可用於保存組織和器官，用於臨床器官移植。