У передніх відділах гіпоталамуса розміщено нейрони центра терморегуляції, через які контролюється процес тепловіддачі. Основний центр, пов'язаний з ефекторами, – задній відділ гіпоталамуса.
Ці нейрони через симпатичні нерви впливають на кровоносні судини, потові залози, метаболізм. Передній відділ гіпоталамуса (медіальна преоптична ділянка) належить до аферентного відділу системи терморегуляції. Вони отримують сигнали від периферичних терморецепторів і порівнюють їх з рівнем активності центральних терморецепторів і "заданого значення" температури.
Зазначений центр гіпоталамуса ніби налаштований на таке значення температури тіла. Воно визначається сумарною температурою тіла, за якої механізми тепловіддачі й теплотворення перебувають на рівні своєї мінімальної активності. При цьому не включаються додаткові механізми, що забезпечують отримання або виділення надлишку тепла.
Теплові й холодові рецептори перебувають у найменшому стані збудження. Це умова температурного комфорту. Для створення відчуття температурного комфорту дорослої людини в легкому одязі в положенні сидячи у спокої необхідні: однакова температура стін і повітря, на рівні 25-26 °С, і 50% вологості. Будь-яка зміна зазначених умов зумовить подразнення відповідних рецепторів і включення механізмів терморегуляції. Якщо ці умови далекі від норми, виникає ще й емоційне забарвлення такого стану – відчуття дискомфорту.
За умови зниження температури середовища нижче від комфортної у передній відділ гіпоталамуса надходить інформація від холодових рецепторів. Звідси сигнали передаються в задній відділ, що за допомогою симпатичних нервів підвищує тонус шкірних і підшкірних кровоносних судин.
Звуження судин, знижуючи шкірний кровотік, забезпечує збереження тепла. Якщо цього замало, підключаються нові механізми терморегуляції. Структури заднього відділу гіпоталамуса активують також і систему регуляції м'язового тонусу (теплорегуляційний тонус, тремтіння).
При підвищенні температури відбувається зниження імпульсації периферичних холодових рецепторів і зменшення тонусу еферентних структур гіпоталамуса. Зниження симпатичного судинозвужувального впливу сприяє розширенню шкірних судин (посилюється тепловіддача). При різкому підвищенні зовнішньої температури або енергоутворення активуються особливі структури симпатичної нервової системи, що стимулюють утворення поту через холінергічні нервові волокна. При цьому пригнічується активність скелетних м'язів.
Слід зауважити, що включення таких механізмів як потовиділення або м'язове тремтіння відбувається у тому разі, якщо інші шляхи підтримання постійної температури ядра виявляються недостатньо ефективними. Але поява потовиділення і м'язового тремтіння супроводжується виникненням відчуття температурного дискомфорту.