L'homéostasie implique une série de mécanismes de régulation qui détectent les changements dans l'environnement interne et externe et réagissent pour les corriger. Le système nerveux et le système endocrinien sont des systèmes de régulation impotants intervenants dans l'homéostasie. Ces systèmes utilisent des signaux électriques (dans le cas du système nerveux) ou des signaux chimiques (dans le cas du système endocrinien) pour coordonner et réguler les fonctions de différents organes et tissus afin de maintenir un équilibre interne.

L'homéostasie au-delà de la physiologie. - Au-delà de la physiologie humaine, le concept d'homéostasie a inspiré d'autres disciplines. En écologie, on parle d'homéostasie des écosystèmes pour décrire leur capacité à se stabiliser après une perturbation (comme un incendie ou une invasion d'espèces). En psychologie, certains théoriciens évoquent une homéostasie émotionnelle, où l'individu cherche à rétablir un état affectif équilibré après un stress. En ingénierie et en cybernétique, les systèmes autorégulés -comme les thermostats ou les algorithmes d'apprentissage adaptatif - s'inspirent directement des principes biologiques de l'homéostasie. 

• Des récepteurs (ou capteurs) qui surveillent en permanence la valeur d'une variable spécifique et perçoivent ses changements.

• Un centre de contrôle (comme le cerveau ou certaines glandes endocrines) qui interprète ces informations et compare la valeur mesurée à un point de consigne idéal. Le cas échéant, le centre intégrateur envoie un signal à un effecteur.  . 

• Des effecteurs (tels que les muscles, les glandes ou les organes) qui exécutent l'action corrective pour.ramener la variable à la normale.

Types de régulation homéostatique.
Rétroaction négative.
Le mécanisme le plus fréquent dans les processus homéostatiques est la rétroaction négative, ou feedback négatif. Dans ce type de régulation, toute déviation par rapport à la norme déclenche une réponse qui tend à annuler ou réduire cette déviation, ramenant ainsi le système à son état d'équilibre. 

Rétroaction positive.
Il existe aussi, bien que plus rarement, des mécanismes de rétroaction positive (feedback positif), dans lesquels une perturbation initiale est amplifiée pour atteindre rapidement un objectif précis, après quoi le processus s'arrête. Ces mécanismes ne sont pas homéostatiques à proprement parler mais interviennent dans des processus spécifiques

Le déclenchement du travail lors de l'accouchement est un exemple classique de rétroaction positive. La pression du bébé sur le col de l'utérus stimule la libération d'ocytocine, une hormone qui intensifie les contractions utérines, lesquelles augmentent encore la pression sur le col, entraînant une libération supplémentaire d'ocytocine. Ce cercle vertueux se poursuit jusqu'à l'expulsion du bébé, moment auquel le stimulus disparaît et le système revient à la normale. 

Température corporelle. 
La température corporelle est maintenue autour de 37 °C  chez l'humain grâce à un équilibre entre la production et la perte de chaleur. Le centre de régulation se situe dans l'hypothalamus, qui agit comme un thermostat. Lorsque la température du corps s'élève au-dessus de la normale, les thermorécepteurs périphériques et centraux détectent l'augmentation et envoient des signaux à l'hypothalamus. Celui-ci déclenche alors des mécanismes de refroidissement : la vasodilatation cutanée favorise la dissipation de chaleur par la peau, et la sudation permet l'évacuation de chaleur par évaporation. À l'inverse, lorsque la température corporelle diminue, l'hypothalamus provoque la vasoconstriction des vaisseaux cutanés pour limiter les pertes thermiques et stimule la thermogenèse, notamment par les frissons musculaires et l'augmentation du métabolisme. 

Glycémie.
La régulation de la glycémie assure le maintien de la concentration de glucose sanguin autour de 1 g/L. Le pancréas joue un rôle central grâce à deux types de cellules situées dans les îlots de Langerhans : les cellules bêta, qui sécrètent l'insuline, et les cellules alpha, qui produisent le glucagon. Lorsque la glycémie augmente après un repas, l'insuline favorise l'entrée du glucose dans les cellules, stimule la synthèse de glycogène dans le foie et les muscles (glycogénogenèse) et la conversion du glucose en lipides dans les tissus adipeux. Ces actions réduisent la concentration sanguine en glucose. En période de jeûne, la glycémie tend à baisser; le glucagon est alors libéré et stimule la dégradation du glycogène hépatique (glycogénolyse) et la production de glucose à partir de substrats non glucidiques (néoglucogenèse), rétablissant ainsi le taux normal de glucose dans le sang. Cette régulation hormonale fine empêche les variations extrêmes de la glycémie, essentielles au bon fonctionnement du cerveau et des autres organes.

pH sanguin.
Le maintien du pH sanguin, normalement compris entre 7,35 et 7,45, repose sur des systèmes tampons, la respiration et les fonctions rénales. Les principaux tampons chimiques du sang, notamment le couple acide carbonique/bicarbonate (H₂CO₃/HCO₃⁻), permettent de neutraliser rapidement les variations d'acidité. En cas d'excès d'ions hydrogène (acidose), la réaction se déplace vers la formation de CO2, qui est ensuite éliminé par les poumons grâce à une augmentation de la ventilation. À l'inverse, lors d'une alcalose, la respiration ralentit, entraînant une rétention de CO2 et une baisse du pH. Les reins complètent ce contrôle en ajustant la réabsorption des ions bicarbonate et l'excrétion des ions H⁺ selon les besoins. Ces mécanismes, à la fois chimiques, respiratoires et rénaux, agissent de manière coordonnée pour maintenir le pH sanguin dans des limites étroites, condition indispensable au bon déroulement des réactions enzymatiques et à la stabilité du milieu intérieur.

Pression artérielle.
La pression artérielle est régulée en permanence afin de garantir une irrigation sanguine adéquate des organes. Cette régulation repose sur des mécanismes nerveux et hormonaux. Les barorécepteurs situés dans les sinus carotidiens et la crosse aortique détectent les variations de pression. Lorsque la pression artérielle augmente, ces récepteurs envoient des signaux inhibiteurs au centre cardiovasculaire du bulbe rachidien, entraînant une diminution de la fréquence cardiaque et une vasodilatation, ce qui abaisse la pression. À l'inverse, une baisse de la pression active le système nerveux sympathique, provoquant une accélération du rythme cardiaque, une contraction des vaisseaux sanguins (vasoconstriction) et une augmentation de la pression. Le système rénine-angiotensine-aldostérone (SRAA) intervient également : en cas d'hypotension, le rein libère de la rénine qui transforme l'angiotensinogène en angiotensine I, puis en angiotensine II, puissante substance vasoconstrictrice stimulant la sécrétion d'aldostérone par les glandes surrénales. L'aldostérone favorise la réabsorption du sodium et de l'eau par les reins, augmentant ainsi le volume sanguin et la pression artérielle. L'hormone antidiurétique (ADH) contribue aussi à cette régulation en limitant les pertes d'eau par les urines.

Équilibre hydrique.
L'équilibre hydrique repose sur un ajustement précis entre les apports et les pertes d'eau, garantissant la constance du volume et de l'osmolarité du milieu intérieur. Les osmorécepteurs de l'hypothalamus détectent les variations de la concentration en solutés du plasma. En cas de déshydratation, lorsque l'osmolarité augmente, ils stimulent la sensation de soif et la libération d'ADH par la neurohypophyse. L'ADH agit sur les tubules rénaux en augmentant leur perméabilité à l'eau, ce qui favorise sa réabsorption et diminue le volume urinaire. Lorsque l'eau corporelle est en excès et que l'osmolarité diminue, la sécrétion d'ADH est inhibée, entraînant une diurèse accrue. L'aldostérone et le peptide natriurétique auriculaire (ANP) participent également à la régulation hydrique : l'aldostérone favorise la rétention de sodium (et donc d'eau), tandis que l'ANP, libéré par les oreillettes cardiaques lors d'une distension, stimule l'élimination rénale de sodium et d'eau, contribuant ainsi à la baisse du volume sanguin et de la pression.

Concentration en ions (Na⁺, K⁺, Ca²⁺).
La régulation de la concentration en ions sodium, potassium et calcium est essentielle à la transmission nerveuse, à la contraction musculaire et au maintien du potentiel de membrane. Le sodium (Na⁺) est principalement régulé par l'aldostérone, qui augmente sa réabsorption au niveau des tubules distaux du rein, entraînant une rétention d'eau et une élévation du volume extracellulaire (V. ci-dessus). Le potassium (K⁺), à l'inverse, est excrété sous l'action de cette même hormone : lorsque la concentration plasmatique en potassium augmente, l'aldostérone en favorise l'élimination pour éviter l'hyperkaliémie. Le calcium (Ca²⁺) est régulé par l'action coordonnée de la parathormone (PTH), de la calcitonine et de la vitamine D. La PTH, sécrétée par les glandes parathyroïdes en cas d'hypocalcémie, stimule la libération de calcium osseux, augmente sa réabsorption rénale et favorise l'absorption intestinale du calcium via l'activation de la vitamine D. La calcitonine, produite par la thyroïde, agit en sens inverse en favorisant le stockage du calcium dans les os et en diminuant sa concentration sanguine. Ces régulations fines garantissent la stabilité ionique du milieu intérieur, indispensable à l'équilibre électrolytique et au fonctionnement normal des cellules.

Limites de l'homéostasie.
L'homéostasie ne peut fonctionner que dans une certaine plage de tolérance. Des variations trop brutales ou trop prolongées — comme une déshydratation sévère, une exposition extrême au froid ou à la chaleur, ou une intoxication — peuvent dépasser la capacité de compensation de l'organisme, conduisant à un effondrement des fonctions vitales. De plus, certains états pathologiques peuvent « réinitialiser » le point de consigne lui-même, comme dans le cas de la fièvre, où le cerveau élève temporairement la température cible pour lutter contre une infection. 

Lorsque les mécanismes homéostatiques échouent ou sont dépassés, les déséquilibrqui apparaissent peuvent être à l'origine de maladies. Le diabète sucré, par exemple, résulte d'une défaillance dans la régulation de la glycémie; l'insuffisance rénale compromet l'équilibre hydrique et ionique; la fièvre excessive peut perturber les fonctions enzymatiques vitales. De même, le vieillissement s'accompagne souvent d'une diminution de l'efficacité des systèmes homéostatiques, rendant les personnes âgées plus vulnérables aux variations environnementales  (ex. : thermorégulation moins efficace).