Źródłem adrenaliny i noradrenaliny jest rdzeń nadnerczy oraz układ nerwowy współczulny. Katecholaminy odgrywają podstawową rolę w procesie termogenezy bezdrżeniowej, przez wpływ na metabolizm brunatnej tkanki tłuszczowej (jest to niezmiernie ważne zwłaszcza w okresie noworodkowym). Ponadto wpływają one na przemiany ogólnoustrojowe, zwiększając zużycie tlenu. Przyczyniają się do wzrostu poziomu glukozy we krwi oraz nasilenia lipolizy w tkance tłuszczowej. Wpływają (zwłaszcza adrenalina) na obkurcza-nie skórnych naczyń krwionośnych, co sprzyja przemieszczaniu krwi ze skóry do głębiej położonych tkanek i narządów.
W odpowiedzi na obniżoną temperaturę krwi dopływającej do podwzgórza dochodzi do uwalniania tyreoliberyny, która po dotarciu drogą krwi do przysadki pobudza ją do uwalniania tyreotropiny. Hormon ten pobudza uwalnianie hormonów tarczycy: tyroksyny i trijodotyroniny, które są odpowiedzialne w organizmie za tempo przemiany materii, a tym samym za produkcję ciepła. Oba hormony zwiększają zużycie tlenu i przyspieszają metabolizm, zwłaszcza w wątrobie, nerkach i mięśniach. Hormony te przez wpływ na aktywność wielu enzymów regulują procesy fosforylacji oksydacyjnej w komórkach. Charakterystyczne jest, że tyroksyna działa dopiero po kilku godzinach, a efekt jej działania jest długi (kilka dni). Trijodotyronina działa szybciej, a jej efekt zanika po kilkunastu godzinach.
Niezbędnym warunkiem termoregulacyjnych reakcji behawioralnych jest „odczuwanie” temperatury przez zwierzę - rozróżnianie stanów ciepła i zimna. Procesami tymi zawiaduje kora mózgowa, która otrzymuje z ośrodka termoregulacji informacje o temperaturze wewnętrznej organizmu oraz temperaturze otoczenia. Zwierzęta w warunkach chłodu zwijają się w „kłębek”, chowając przy tym części ciała, które są najsłabiej izolowane (łapy, pysk, brzuch, ogon), tak aby zmniejszyć powierzchnię kontaktu z otoczeniem. W środowisku gorącym zachowują się przeciwnie, układają się tak, aby powierzchnia kontaktu z otoczeniem była możliwie największa, eksponując te części ciała, przez które najłatwiej dochodzi do utraty ciepła (pysk, tarczę ryjową, brzuch itp). Przykładem zachowań termoregulacyjnych jest także wybieranie miejsc nasłonecznionych lub ciepłych legowisk, chowanie się w cieniu drzew, pod wiatami, w gniazdach, tarzanie się w błocie lub wchodzenie do zbiorników wodnych, ślinienie skóry oraz ustawianie się tyłem do kierunku padania promieni słonecznych, aby chronić głowę (mózg) przed przegrzaniem.