Терморегуля́ция — способность живых организмов поддерживать температуру тела в определённых границах, даже если температура внешней среды значительно отличается.

Центр терморегуляции располагается в отделе головного мозга, который называется гипоталамус. Гипоталамус управляет процессами эндокринной системы, которая тесно взаимосвязана с самыми важными для терморегуляции органами — это надпочечники и щитовидная железа. Так, при понижении температуры окружающей среды усиливается выделение гормонов щитовидной железы, ускоряющих обмен веществ и, как следствие усиливается теплообразование.

Назначение системы терморегуляции — поддержка и стабилизация постоянного значения температуры тела, то есть при гипотермии (снижении температуры тела относительно нормальной) повышать теплообразование и снижать теплопотери, а при гипертермии (повышении температуры тела относительно нормальной), напротив, усиливать теплообмен с окружающей средой и снижать теплообразование.

Этот процесс представляет собой один из аспектов гомеостаза — динамически изменяющегося состояния равновесия между внутренней средой организма животного и его внешним окружением. Раздел науки, изучающий такие процессы в зоологии, называется экофизиологией или физиологической экологией.