Termoreceptori su specijalizirani neuroni dizajnirani da budu osjetljivi na promjene temperature. Ove stanice općenito otkrivaju temperaturne varijacije unutar normalnog raspona, dok neuroni poznati kao nociceptori otkrivaju temperature koje bi mogle biti opasne za tijelo. Mnogi se organizmi oslanjaju na te neurone za razne stvari, od upozoravanja na činjenicu da kroče u hladnu rijeku do pomaganja u regulaciji unutarnje tjelesne temperature.
U koži termoreceptori daju mozgu informacije o temperaturi okoliša. To može biti važno jer će upozoriti tijelo na neuobičajeno hladne ili tople temperature koje bi mogle zahtijevati radnju, kao što je oblačenje kaputa ili skidanje sloja odjeće kako bi vam bilo udobnije. Ovi neuroni se također koriste za pružanje općenitijih informacija o tjelesnoj okolini, kao što je da je jedno područje prostorije hladnije od drugih mjesta.
Unutar tijela, te su stanice dio tjelesnog složenog i međusobno povezanih niza sustava koji su dizajnirani da održavaju tijelo u ravnoteži. Neuroni u hipotalamusu osjetljivi su na promjene temperature jezgre koje bi mogle zahtijevati odgovor tijela, a postoje i drugi unutar nekih tjelesnih organa, kao što je mokraćni mjehur. Kada se te stanice aktiviraju, one upozoravaju mozak na neravnotežu unutarnje temperature koju treba riješiti; na primjer, stanice osjetljive na toplinu u očima upozoravaju suzne žlijezde da proizvode više tekućine kako bi oči bile podmazane.
Neka istraživanja su pokazala da termoreceptori koji su osjetljivi na hladnoću mogu igrati ulogu u okusu. Mnogi ljudi su primijetili da ista hrana može imati vrlo različit okus kada se jede hladna nego kada se jede topla ili vruća, a ti neuroni mogu biti uključeni u taj proces. Zasigurno postoji visoka koncentracija hladnih stanica oko usta i jezika, što ukazuje da su usta povećana osjetljivost na niske temperature.
Ako temperatura prijeđe granicu i postane opasna, pokupit će je nociceptori, neuroni koji su osjetljivi na bol. Ti neuroni se aktiviraju kako bi upozorili tijelo na činjenicu da se smrzava ili gori i da bi brza reakcija mogla biti kritična. Na primjer, kada netko goloruk zgrabi vruću tavu, nociceptori se aktiviraju kako bi naznačili da tijelo gori i obavijestili mozak da su stanice ruke oštećene toplinom, tako da mozak može ispaliti signal kao odgovor na dobiti ruku da ispusti tavu.