L'un des mécanismes principaux de la régulation thermique du corps humain est la vasoconstriction du réseau sanguin superficiel et des extrémités du corps. Quand le système nerveux perçoit que l'environnement est plus froid que la température superficielle du corps, il provoque une fermeture progressive de certains circuits sanguins : ceux qui sont le plus exposés (surface de la peau, nez, oreilles, doigts, etc). Le volume sanguin est donc moins exposé au froid, et la température sanguine plus stable, au détriment des zones périphériques. Dans des cas extrêmes comme chez les alpinistes à très haute altitude où le froid peut être de plusieurs dizaines de degrés en dessous de zéro, les orteils peuvent être ainsi dépourvus de toute irrigation sanguine, geler et se nécroser.

Le phénomène inverse est la vasodilatation. Quand il fait chaud le corps va faire circuler le plus possible de sang en surface et en périphérie du corps pour faciliter les échanges thermiques et baisser sa température. La peau devient rouge et la transpiration assiste ce phénomène.

Certaines personnes ont des mécanismes de régulation de la circulation sanguine plus ou moins efficaces qui expliquent une sensation de froid moins bien contrôlée. La morphologie joue aussi un rôle : des personnes avec une certaine surcharge pondérale dûe à un tissu adipeux important auront une meilleure isolation naturelle. Les nageurs, qui passent des heures dans des bassins à s'entrainer, ont par exemple une fine couche de graisse qui se développe sous leur peau, leur conférant une véritable petite combinaison isotherme naturelle, comme les mammifères marins.