Homeostatska neravnoteža nastaje kada se poremete unutarnje varijable okoliša ljudskog tijela. Stanje se može pripisati brojnim čimbenicima koji uključuju starenje organa osobe i kontrolne sustave organa ili mehanizme povratne sprege, što može uzrokovati njihov kvar ili neispunjenje standarda koji je bio normalan tijekom većine osoba doživotno. Homeostaza također može biti poremećena kada su određene patološke situacije prisutne u tijelu i preplave kontrole i mehanizme koji su se ponašali na zdrav način koji održava život. Stabilnost homeostatskog mehanizma postiže se, uglavnom, nizom mehanizama koji balansiraju ulaz i izlaz signala, kemikalija i tekućina. Većina bolesti može se barem djelomično pripisati prisutnosti homeostatske neravnoteže unutar sustava.
Neučinkovitost homeostatske ravnoteže uzrokovana procesom starenja glavni je krivac za normalne znakove starenja poput oštećenja kože, otupljenja mentalnih procesa i smanjene sposobnosti osobe za obavljanje tjelesne aktivnosti. Osim toga, neizbježno povećanje homeostatske neravnoteže dovodi do mnogih ozbiljnih bolesti povezanih sa starenjem stanovništva poput dijabetesa, gihta i zatajenja srca. U primjeru zatajenja srca, sustavi negativne povratne sprege povezani sa srcem i cirkulacijskom funkcijom su preopterećeni i preuzimaju destruktivni mehanizmi pozitivne povratne sprege, doprinoseći ozbiljnoj i ponekad fatalnoj prirodi stanja. Homeostatski kontrolni mehanizmi također kontroliraju neravnotežu toksina u krvotoku. Kada se u sustav unose povećane količine tvari i postoji homeostatska neravnoteža, kao u primjeru gihta, nakupljanje toksične mokraćne kiseline primarni je uzrok bolnih i kroničnih simptoma bolesti.
Drugi primjer patologije koja često pridonosi homeostatskoj neravnoteži je dijabetes melitus, stanje koje je posljedica prekomjerne proizvodnje ili, u nekim slučajevima, hiperaktivnosti hormona inzulina. Kada nema homeostatske neravnoteže, tijelo je u stanju učinkovito regulirati razinu šećera u krvi. Međutim, kada je dijabetes melitus prisutan, nakon što osoba pojede obrok, inzulin potreban za regulaciju je ili potpuno odsutan ili je prisutan u neadekvatnim razinama. Niske ili odsutne razine inzulina uzrokovane disfunkcijom homeostatskog mehanizma otežavaju svim stanicama u tijelu da apsorbiraju hormon. Kada se inzulin ne apsorbira, razina glukoze u krvi može ostati opasno visoka.
U slučaju ove vrste dijabetesa, kao i kod drugih patologija povezanih s homeostatskom neravnotežom, često je potrebna liječnička intervencija kako bi se ispravili omjeri ulaza i izlaza kako bi se uspostavila ravnoteža. Giht se može liječiti lijekovima koji smanjuju nakupljanje mokraćne kiseline. Uobičajeno stanje dehidracije često se pripisuje i homeostatskoj neravnoteži, a liječi se jednostavnim uvođenjem tekućine bogate elektrolitima natrag u sustav kako bi se ponovno uspostavila homeostaza.