人体对冷刺激的反应包含局部反应和全身反应应，局部组织的降温是其生物学效应的基础。
对局部组织的影响
局部冷冻首先引起皮、皮下、肌肉和关节等温度下降。皮肤表面温度在应用冰袋20分钟后达13℃，水浴后达8℃，用冷冻胶后甚至达4℃,且在接触冰6分钟后就已出现。将冰袋放在人体腓肠肌部位，可使局部皮温降低22℃;皮下温度降低13℃;肌肉温度降低10℃左右。腹部冰敷30分钟，可使腹膜间区温度降低4-8℃左右。其作用强度与体质、年龄、皮肤厚度、皮肤散热、作用物质、参与反应部分的热传导，比热及作用时间和面积有关。组织细胞因寒冷破坏的临界温度一般在-20℃左右，但不同的组织存在很大差异。如骨组织和皮肤角质层对冷冻具有一定抵抗力。冷冻使局部组织细胞破坏的机制是：细胞脱水，电解质浓缩到有害程度，pH降低，细胞内外形成冰晶，类脂蛋白复合体变性，血流淤滞及低温休克等。冷冻后的复温过程对组织细胞同样有破坏作用。
对血管的影响
组织致冷的直接结果是冷引起的血管收缩，这是由皮肤冷感受器经局部和交感性反应引起的组织缺血。这些反应可由于轴突反射和中枢神经系统反应。这时中心温度暂时性轻度上升，因此整个机体的热消耗能够被抑制。冷去除后出现血循环增多，即反应性充血状态，其后皮温亦渐回升。冷使周围血管收缩后，明显地减少外周血流量，并改变血管的通透性。有助于减少渗出，防止水肿。冷引起的血管运动反应代谢抑制，使血肿，创伤性和炎症性水肿消减并抑制淋巴的生长。但长时间冷冻可继而引起血管扩张反应。冷冻达一定深度时，可使血管内膜增生，致管腔狭窄，以及血栓形成，但对大血管的影响很小。
对神经系统的影响
持续的冷作用皮肤感受器后，首先引起兴奋，以后抑制，最后麻痹，使神经传导速度减慢，以至暂时丧失功能。病人首先感觉冷，以后有烧灼及刺痛感，再后才止痛。由于感觉敏感性降低，而有镇痛麻醉作用。在皮肤外感受器受的刺激下，可影响α-运动神经元的活动，使肌张力降低，而达到解痉并减痉挛性疼痛。动物实验证明，冷冻使轴突反射减弱。当温度降低至6℃时，运动神经即受到抑制;降至1℃时，感觉神经也被抑制。但瞬时冷冻刺激对神经有兴奋作用。
