人體對冷刺激的反應包含局部反應和全身反應應，局部組織的降溫是其生物學效應的基礎。
對局部組織的影響
局部冷凍首先引起皮、皮下、肌肉和關節等溫度下降。皮膚表面溫度在應用冰袋20分鐘後達13℃，水浴後達8℃，用冷凍膠後甚至達4℃,且在接觸冰6分鐘後就已出現。將冰袋放在人體腓腸肌部位，可使局部皮溫降低22℃;皮下溫度降低13℃;肌肉溫度降低10℃左右。腹部冰敷30分鐘，可使腹膜間區溫度降低4-8℃左右。其作用強度與體質、年齡、皮膚厚度、皮膚散熱、作用物質、參與反應部分的熱傳導，比熱及作用時間和麵積有關。組織細胞因寒冷破壞的臨界溫度一般在-20℃左右，但不同的組織存在很大差異。如骨組織和皮膚角質層對冷凍具有一定抵抗力。冷凍使局部組織細胞破壞的機制是：細胞脫水，電解質濃縮到有害程度，pH降低，細胞內外形成冰晶，類脂蛋白複合體變性，血流淤滯及低溫休克等。冷凍後的復溫過程對組織細胞同樣有破壞作用。
對血管的影響
組織致冷的直接結果是冷引起的血管收縮，這是由皮膚冷感受器經局部和交感性反應引起的組織缺血。這些反應可由於軸突反射和中樞神經系統反應。這時中心溫度暫時性輕度上升，因此整個機體的熱消耗能夠被抑制。冷去除後出現血循環增多，即反應性充血狀態，其後皮溫亦漸回升。冷使周圍血管收縮後，明顯地減少外周血流量，並改變血管的通透性。有助於減少滲出，防止水腫。冷引起的血管運動反應代謝抑制，使血腫，創傷性和炎症性水腫消減並抑制淋巴的生長。但長時間冷凍可繼而引起血管擴張反應。冷凍達一定深度時，可使血管內膜增生，致管腔狹窄，以及血栓形成，但對大血管的影響很小。
對神經系統的影響
持續的冷作用皮膚感受器後，首先引起興奮，以後抑制，最後麻痺，使神經傳導速度減慢，以至暫時喪失功能。病人首先感覺冷，以後有燒灼及刺痛感，再後才止痛。由於感覺敏感性降低，而有鎮痛麻醉作用。在皮膚外感受器受的刺激下，可影響α-運動神經元的活動，使肌張力降低，而達到解痙並減痙攣性疼痛。動物實驗證明，冷凍使軸突反射減弱。當溫度降低至6℃時，運動神經即受到抑制;降至1℃時，感覺神經也被抑制。但瞬時冷凍刺激對神經有興奮作用。
