人在高溫環境下，體溫是否能保持正常，取決於產熱和散熱過程的平衡。而這種平衡是人體體溫調節機構通過許多器官係統協同活動而實現的。體溫調節機構包括體溫調節中樞、外周和中樞溫度感受器。在外界環境氣溫發生變化時，如外界氣溫升高，將刺激人體的外周和中樞溫度感受器產生神經衝動，並將神經衝動沿神經係統傳遞到體溫調節中樞，體溫調節中樞接到神經衝動後，產熱中樞受到抑製而散熱中樞興奮，從而使產熱和散熱達到動態平衡。如果環境溫度高於皮膚平均溫度，這個時候機體通過輻射、對流方式是吸熱效應，隻能通過皮膚蒸發散熱達到平衡，因此如果環境溫度高於皮膚平均溫度（一般人安靜時平均皮膚溫度為33℃），人體非常容易出現熱蓄積，從而導致人體處於熱應激狀態。有研究報道，在不同的環境氣溫下，人在安靜和中等強度勞動時候，通過熱輻射、對流交換的熱量是不同的。研究發現，在安靜狀態下，人體皮溫升高速度較慢，而在一定體力勞動情況下，人體皮溫升高比安靜時明顯。因此在同樣是35℃的環境溫度下，安靜時是吸熱效應，而中等體力強度勞動時是散熱效應。
2.高溫環境下能量代謝的變化
高溫環境對人體代謝，特別是基礎代謝可發生影響。有研究報道，人體在40℃的環境下安靜受熱2小時的過程中，在開始10～30分鍾體內代謝產熱量升高得快，隨後部分受熱者代謝產熱增加，部分則停留在這個水平，停止受熱後產熱量逐漸下降，至20分鍾後又降到受熱前水平。研究者還觀察了受熱者在不同氣溫下產熱的情況，發現在28℃氣溫下產熱量開始增加，此後產熱量隨著氣溫升高而增加。
人體在氣溫下降時代謝亢進與氣溫上升時基礎代謝減弱，都是一種有益的適應性機理，表明人體對氣溫改變有適應機製，但當氣溫升高到30℃時，由於體溫升高，血流加快，大量血液被輸送到體表，通過大量出汗和汗液蒸發散熱，汗腺活動加強，增加了能量消耗，會導致基礎代謝增加，提高人體自身的產熱量。中樞神經係統對能量代謝的影響也十分明顯。任何外部條件包括環境溫度，均可刺激下丘腦，從而引起交感神經的興奮性增加，導致一方麵促使腎上腺素的分泌，從而提高組織的氧化過程，另一方麵，交感神經也可直接對肌肉及其他組織代謝發生促進作用，即所謂的適應性營養作用。
此外體力勞動強度越大，機體能量代謝越強，在和高溫的聯合作用下，體內的熱蓄積非常明顯。在高溫環境下，體溫調節主要靠出汗進行，每蒸發1克汗液就可帶走2．41千焦熱量，環境溫度越高，人體出汗越多。汗的有效蒸發率在幹熱有風的氣象條件下可高達80％以上，大量出汗能及時蒸發，散熱作用良好；但在濕熱風小的條件下有效蒸發率常不到50％，汗液難以蒸發，並形成汗珠滴落，而且可導致表皮角質層吸汗膨脹，堵塞汗腺的正常工作。汗液中主要成分是水，還有少量的電解質，機體在大量出汗的條件下，可導致機體出現脫水、體內電解質紊亂、血液黏稠度提高、血漿滲透壓升高等現象。在高溫環境下，由於人體大量出汗，導致細胞外液容量下降和血漿滲透壓升高，一方麵血漿滲透壓升高後，將直接刺激下丘腦的視上核和視旁核分泌大量的抗利尿素，另一方麵，細胞外液容量下降，則會導致血容量下降與動脈血壓下降，而血容量下降與動脈血壓下降，通過對位於動脈係統的動脈壓力感受器和位於靜脈係統的容積感受器進行刺激減弱，產生衝動減少，導致抑製抗利尿素分泌的能力減弱，而使抗利尿素的分泌增加。在高溫環境下，由於大量出汗，導致機體鈉丟失，但人體可通過腎素-血管緊張素-醛固酮係統、腦室鈉-敏感受器、鈉利尿素等機製對體內的鈉進行調節，使血鈉水平維持在135～45毫摩爾/升。在高溫環境下，當體液丟失過多，比如人體失去了自身體重2％以上水分的時候，稱為脫水，此時會出現口渴感覺，人體應及時喝水或靜脈輸液進行體液補充。
3.心血管係統的生理變化
在高溫環境下，由於皮膚血流量明顯加大以便及時散熱，而心、腦、腎等重要的內髒器官仍需要保證足夠的血液灌流，會顯著增加循環血量。有研究表明，狗過熱時循環血量比對照組增加6.6毫升/千克。在熱的刺激下，大腦皮層興奮，從而導致交感神經興奮，使心肌的耗氧量增加，收縮力加大，出現心輸出量增加，血液速度加快。調查發現，女列車員在火車濕熱條件下（車廂氣溫38.1℃、相對濕度88％、風速13米/秒），每搏輸出量（106.47±21．27毫升），心輸出量（7.03±1．53毫升/分），較常溫下（車廂氣溫23℃、相對濕度65％、風速5米/秒），每搏輸出量（88．10±17．68毫升），心輸出量（5.78±1.2毫升/分），明顯增高。熱環境下，動物實驗表明，血壓在受熱初期先升高，受熱後期再下降。受熱初期，由於熱刺激下心輸出量增加，導致血壓升高，而受熱後期在熱環境中由於皮膚血管明顯擴張，血流量加大，末梢阻力下降5％~7％，導致血壓下降。高溫高濕對心血管係統影響更明顯，Koswnen等對接受蒸汽浴者的實驗發現，受熱10分鍾後，收縮壓平均增加19％（P