Большая часть животных имеет температуру, отличающуюся от окружающей среды. Это, с одной стороны, связано с накоплением тепла за световой день, а с другой – в результате экзотермических химических реакций, протекающих в организме. Инфракрасные (тепловые) излучения способны воспринимать как гомойотермные, так и пойкилотермные животные. Наиболее полно изучены терморецепторы у позвоночных. В основе терморецепции лежит способность свободных нервных окончаний воспринимать изменения температуры.

Свободные нервные окончания организованы в специализированные органы – ямки или небольшие складки. Такие примитивные терморецепторы известны у обыкновенного удава. У питонов имеются небольшие ямки, дно которых хорошо иннервировано. У ямкоголовых змей на дне термочувствительной ямки находится мембрана, которая отделена от остальных тканей термоизолирующей прослойкой воздуха. В мембране присутствует большое количество свободных нервных окончаний.

Свойствами терморецепции обладают также полифункциональные ампулы Лоренцини селяхий и механорецепторы боковой линии рыб. В основе их функционирования лежит изменение частоты спонтанной ритмичности в зависимости от температуры окружающей среды.

Глубоководные кальмары имеют на нижней поверхности тела так называемые термоскопические глаза, чувствительные к инфракрасным лучам. У гремучей змеи и у щитомордника между глазом и ноздрей находится орган терморецепции, позволяющий им охотиться ночью за мелкими зверьками и птицами, весьма точно определяя их местонахождение по тепловому излучению.

У холоднокровных животных терморецептором может служить и сам мозг. Особенно чувствителен к температурным изменениям гипоталамус костистых рыб. Способность к рецепции температуры спинномозговой жидкости сохраняется и у млекопитающих.

Считают, что в коже высших млекопитающих тепловыми рецепторами являются тельца Руффини, расположенные под эпидермисом, а холодовыми – колбы Краузе. Возможно, что в участках кожи, лишенных телец Руффини и колб Краузе, терморецепцию осуществляют некоторые свободные нервные окончания.

В разных областях тела плотность расположения терморецепторов весьма различна. Афферентные нервные волокна у человека проводят температурные сигналы через спинной мозг по боковым столбам белого вещества в составе снино-таламического тракта к зрительным буграм головного мозга, клетки которого осуществляют связи с теплорецепторными центрами мозгового ствола, и, как считают, с передними отделами прецентральной извилины коры. При одновременном возбуждении тепловых и холодовых рецепторов возникает ощущение «жара». Сдвиг нулевого отсчета при поывшении температуры тела дает ощущение «озноба».