Reakcje na chłód  początkowo polegają na obkurczeniu powierzchniowych naczyń krwionośnych, aby ograniczyć straty ciepła. Następnie dochodzi do zwiększenia produkcji ciepła w ustroju, głównie przez mięśnie (mimowolne skurcze mięśni, tzw.  termogeneza drżeniowa) i wątrobę (wzrost tempa rozkładu związków organicznych, tzw. termogeneza bezdrżeniowa). Dzięki tym mechanizmom możliwe staje się utrzymanie optymalnej temperatury tkanek i narządów ciała w niesprzyjających warunkach otoczenia. Jednakże ich działanie wymaga wielu wtórnych zmian czynnościowych w różnych układach, zmieniających m.in. zdolności wysiłkowe człowieka.

Zimne środowisko wpływa na możliwość wykonywania wysiłku fizycznego wówczas, gdy dochodzi do obniżenia temperatury mięśni. Spadek temperatury wewnątrzmięśniowej przyczynia się do wydłużenia czasu reakcji, zmniejszenia siły skurczu mięśni (nawet o 50%), jak i wydłużenia czasu jej osiągnięcia. Wykazano, że obniżenie temperatury mięśni średnio o 10⁰ C zmniejsza aktywność wrzecionek mięśniowych, upośledza precyzję ruchu i utrudnia utrzymanie równowagi ciała. Oznacza to, że aktywność fizyczna wykonywana w zimnym otoczeniu wymaga zaangażowania większej liczby włókien mięśniowych w porównaniu do optymalnych warunków temperaturowych. Dodatkowo, do zmniejszenia zdolności wysiłkowych przyczynia się także uruchomienie mechanizmów termoregulacyjnych (zaangażowanie mięśni do produkcji ciepła).

Wysiłek fizyczny wykonywany w zimnym otoczeniu wiąże się z szybszym rozwojem zmęczenia oraz wolniejszym przebiegiem powysiłkowej regeneracji. Warto podkreślić, iż wywołane ćwiczeniem zmęczenie mięśni zmniejsza w nich produkcję ciepła, co w sytuacji długotrwałego wykonywania wysiłku może doprowadzić do wychłodzenia organizmu. 

Koszt energetyczny

Aktywność fizyczna w zimnym środowisku w porównaniu do klimatu umiarkowanego powoduje wzrost dziennego zapotrzebowania organizmu na energię. Wzrost ten wiąże się przede wszystkim z samymi procesami termoregulacyjnymi. Zarówno drżenie mięśniowe, jak i wzrost tempa przemian metabolicznych w wątrobie pochłaniają duże ilości kalorii. Dodatkowymi czynnikami zwiększającymi koszt energetyczny wysiłku fizycznego w zimnym otoczeniu są: ciężar odzieży zimowej i trudne warunki terenowe, takie jak lód lub głęboki śnieg. Wykazano, że niedostateczna podaż energii skutkująca obniżeniem stężenia glukozy we krwi zmniejsza tolerancję zimna. Zatem decydując się na aktywność fizyczną zimą należy pamiętać o spożywaniu odpowiedniej ilości pożywienia, aby zapewnić organizmowi wystarczającą ilość energii na wykonywany wysiłek i procesy termoregulacyjne. Przyjmuje się, że wartość energetyczna racji pokarmowej w zimnym środowisku powinna być zwiększona od 25% do 50% w zależności od stopnia aktywności fizycznej.

Odwodnienie

Osoby ćwiczące w warunkach zimnego środowiska muszą mieć zapewnioną podaż odpowiednich ilości płynów, inaczej bowiem narażone są na szybkie odwodnienie organizmu. W zimnym środowisku utrata wody przez organizm może być podobna jak w środowisku gorącym na skutek: zwiększonego pocenia się, zwiększonej utraty wody wraz z powietrzem wydychanym oraz nasilonej przez zimno diurezy (czyli wydalanie moczu). Zwiększony koszt energetyczny pracy powoduje zwiększenie pocenia się, a więc większe zapotrzebowanie na wodę. Równocześnie w zimnym środowisku zazwyczaj dochodzi do zmniejszenia podaży wody na skutek braku uczucia pragnienia i dobrowolnego ograniczenia jej spożywania (brak świeżych warzyw i owoców). W niskiej temperaturze, im mniejsze jest ciśnienie pary wodnej w otaczającym powietrzu, tym większa jest utrata wody przez układ oddechowy. Utrata wody przez układ oddechowy dodatkowo wzrasta wraz z obciążeniem fizycznym.

Odzież zimowa

Utrzymanie ciepłoty ciała warunkującej wysoką sprawność fizyczną w chłodnym środowisku zależne jest od zwiększenia tempa metabolizmu oraz odpowiedniej odzieży. Strój osoby ćwiczącej w zimnym otoczeniu powinien być dostosowany do intensywności wykonywanego wysiłku. Podczas wykonywania ćwiczeń fizycznych w niskiej temperaturze nie należy ubierać się zbyt ciepło. Jeśli odzież nie jest odpowiednio dopasowana do obciążenia fizycznego może przyczynić się do przegrzania organizmu, a więc intensywnego pocenia się. Oceniono, że osoba w niedostosowanej odzieży zimowej, wykonująca umiarkowaną lub ciężką pracę w warunkach zimnego środowiska, może tracić około 2 l potu na godzinę. W takiej sytuacji strój osoby ćwiczącej po pewnym czasie staje się mokry. Mokra odzież powoduje w zimnym środowisku szybką utratę ciepła, a więc wychłodzenie organizmu. Ponadto, niewygodna i uciskająca odzież zimowa może zwiększać wydatek energetyczny wysiłku o około 10%-20%. Wielkość wzrostu metabolizmu zależy zarówno od ilości warstw odzieży, jak i od intensywności pracy. Przebywając w środowisku o niskich temperaturach należy więc ubierać się wielowarstwowo, co z jednej strony chroni przez utratą ciepła, z drugiej stwarza możliwość zdjęcia części odzieży i stworzenia dogodnych warunków do wentylacji i parowania potu.