Реакція організму на холодові процедури складається з декількох фаз.
У першій фазі судини шкіри під впливом холоду рефлекторно звужуються, шкіра блідне, кров при цьому переміщається до внутрішніх органів, температура шкіри знижується, віддача тепла зменшується, шкіра стає холодною.
Досить швидко настає друга фаза реакції; менше ніж через 1 хвилину звуження судин шкіри змінюється їх рефлекторним розширенням, шкіра набуває рожево-червоне забарвлення і стає на дотик теплої.
Якщо дія холоду триває, настає третя фаза реакції; при цьому капіляри і дрібні вени залишаються розширеними, а артеріоли звуженими. Швидкість кровотоку сповільнюється, шкіра стає багряно-червоною, навіть синюшного, на дотик холодної. Звуження судин веде до місцевого зменшення кровопостачання, зниження інтенсивності обміну речовин і використання кисню.
Barcroft і Edholm показали, що в міру зниження температури води, в яку занурюється рука, зменшується швидкість кровотоку в передпліччі, настає зниження температури крові, що протікає в його судинах, внаслідок чого підвищується її в'язкість; при цьому має місце значне звуження судин м'язів і шкіри. Температура крові в артеріолах приблизно дорівнює температурі, глибоких шарів м'язів.
Реакція периферичних судин на роздратування холодом, крім ділянки безпосереднього його застосування, поширюється на всю поверхню тіла; вона чітко виражена і на ділянці, симетричному місця докладання холоду.
При застосуванні холоду на область серця зменшується число його скорочень і іноді підвищується артеріальний тиск.
При гострих ураженнях серця (миокардитах) тривале місцеве застосування холоду зменшує неприємні відчуття в ділянці серця (мабуть, у зв'язку з урежением і посиленням серцевих скорочень). Внаслідок тривалого впливу холоду реалізуються і вимикаються нервові прилади, що забезпечують процеси терморегуляції в даній ділянці, і охолодженню піддається саме серце.
При холодових процедурах звуження судин шкіри і підвищення артеріального тиску в подальшому змінюються їх розширенням і зниженням артеріального тиску. Під впливом холоду дихання спочатку стає більш рідкісним і глибоким, а в подальшому частішає, підвищується обмін речовин і посилюється теплопродукція. Якщо при цьому не забезпечується збереження нормальної температури тіла, мобілізується апарат хімічної терморегуляції, що зовні виражається ознобом. Переохолодження проявляється у вигляді тремтіння і так званої гусячої шкіри, обумовленої скороченням mm. arrectores pilorum.
Короткочасний вплив холодом підсилює збудливість нервів, а більш тривалий знижує її. Тривале місцеве застосування холоду, охолоджуючи тканини, впливає і на нерви, розташовані глибше. Холод затримує розвиток гострих запальних процесів. Прикладання міхурів з льодом в післяопераційний період зменшує набряк і затримує розвиток інфекції.
Загальну гіпотермію, що досягається на тлі гальмування механізмів терморегуляції наркотичними речовинами, використовують при операціях на серці; сутність її дії зводиться до помітного зниження температури тіла, в результаті чого число скорочень серця значно уповільнюється і зменшується його хвилинний обсяг, знижуються і процеси обміну, підвищується стійкість організму до кисневого голодування. Є вказівки, що загальна гіпотермія зменшує болю при злоякісних пухлинах і затримує зростання останніх.