Man unterscheidet 2 Sorten von Thermorezeptoren: Kaltpunkte (Kp) und Warmpunkte (Wp). Beides sind frei im Gewebe liegende Endigungen von Sinnesnervenzellen. Die Kp sind dicht unter der Epidermis zu finden, während die Wp etwas tiefer im Gewebe liegen. Es gibt grundsätzlich mehr Kp als Wp (z.B. in der Hand: 1-5 Kp/cm², und nur 0,4 Wp/cm²), wobei die Dichte der Rezeptoren je nach Körperregion variiert. Die Afferenzen der Thermorezeptoren senden ihre Informationen frequenzmoduliert zum Hypothalamus. Eine bestimmte Frequenz steht also für eine bestimmte Temperatur. Die einzelnen Fasern haben ihr Frequenzmaximum bei unterschiedlichen Temperaturen (Verrechnung im Hypothalamus). Dies gilt bei einer statischen Hauttemperatur. Erfolgt nun eine plötzliche Abkühlung der Temperatur reagieren die Kaltfasern mit einer überschießenden Erregung. Die Frequenz steigt sprunghaft an, um dann auf ihre für die neue Temperatur spezifische Frequenz abzufallen. Bei Erwärmung der Hauttemperatur erfolgt eine überschießende Hemmung der Kaltfasern. Ihre Frequenz fällt stark ab und steigt dann auf die neue temperaturspezifische Frequenz an. Die Wärmefasern reagieren wie die Kältefasern, aber mit umgekehrten Vorzeichen. Bei Erwärmung erfolgt eine überschießende Erregung , bei Abkühlung hingegen eine überschießende Hemmung. Hieraus ergibt sich, daß der Temperatursinn kein absoluter, sondern ein relativer ist. Somit kann ein und dieselbe Temperatur subjektiv als warm oder kalt empfunden werden, jenachdem an welche Temperatur die Sensoren zuvor adaptiert waren. Die biologisch relevanten Temperaturen (kleiner als 15°C und größer als 43°C) werden unabhängig von der jeweiligen Adaptation korrekt wahrgenommen.