Fiziološka homeostaza je stanje unutarnje stabilnosti koje se postiže specifičnim mehanizmima i fiziološkim ciklusima u živom sustavu. Claude Bernard, francuski znanstvenik, bio je među prvima koji je artikulirao i izrazio važnost fiziološke homeostaze 1860-ih. Pretpostavio je da živi organizam ne postoji samo i duguje svoj opstanak samo vanjskom okruženju, već unutarnjoj atmosferi koja se održava kroz kruženje elemenata koji rade zajedno kao cjelina. Funkcija jetre, bubrega i mozga među najvažnijim su elementima u ljudskoj fiziološkoj homeostazi. Kada se ne održava zdravo stanje, tijelo može patiti, a ponekad i podleći bolestima poput dijabetesa i gihta zbog homeostatske neravnoteže.
Termoregulacija, koja je iznimno važna za ljudski opstanak, izvrstan je primjer mehanizma fiziološke homeostaze. Većina tjelesne topline stvara se u dubokim organima tijela, a najviše u jetri. Ako se tijelo počne brzo zagrijavati ili hladiti, pokreće se njegov homeostatski mehanizam. Prvi korak u termoregulaciji provodi koža dok se vazodilatira i znoji ako tijelo počne dobivati toplinu, kao tijekom vježbanja, i prisiljava erekciju dlačice na tijelu kada tijelo gubi toplinu kako bi se stvorio sloj izolacije. Cirkulacijski sustav također sudjeluje u termoregulaciji tako što sužava kapilare u blizini kože u hladnim uvjetima kako bi se smanjio gubitak topline, a zauzvrat širi kapilare u toplim uvjetima kako bi se maksimizirala difuzija viška topline.
Sastav krvi mora postići stanje fiziološke homeostaze kako bi i ljudski sustav ostao zdrav. Dva hormona, glukagon i inzulin, oba se oslobađaju iz gušterače, pomažu u regulaciji razine šećera u krvi. Nakon obroka, kada šećer u krvi počne dramatično rasti, oslobađa se inzulin kako bi se smanjila razina šećera. Suprotno tome, kada tjelesni šećer u krvi počne padati, glukagon se oslobađa kako bi povisio razinu šećera u krvi između obroka. Homeostatska neravnoteža se vidi u obliku dijabetesa ako gušterača ne može proizvoditi ili oslobađati adekvatne količine bilo kojeg hormona. Razine otopljenih tvari u krvi također reguliraju bubrezi jer filtriraju krv i određuju stope reapsorpcije otopljenih tvari poput glukoze, aminokiselina i elektrolita.
Drugi uvjet fiziološke homeostaze je regulacija tjelesne koncentracije vodikovih iona (pH). Bubrezi prate razinu pH u krvnoj plazmi dok se ona filtrira kroz bubrežni sustav. Povratna informacija iz bubrega pokreće oslobađanje pH puferskih agenasa, poput bikarbonata i amonijaka, kako bi se osiguralo da razina ostane između 7.35 do 7.45 na pH ljestvici.