Nhiệt độ được xem là yếu tố sinh thái có ảnh hưởng lớn nhất đối với động vật. Nhiệt độ đã ảnh hưởng trực tiếp hay gián tiếp đến sự sống, sự sinh trưởng, phát triển, tình trạng sinh lý, sự sinh sản, do đó có ảnh hưởng đến sự biến động số lượng và sự phân bố của động vật.
- Ảnh hưởng trực tiếp của nhiệt độ môi trường đến sự chuyển hóa năng lượng của cơ thể. Khi nhiệt độ môi trường thay đổi ở một chừng mực nào đó, sẽ ảnh hưởng đến nhiệt độ cơ thể. Khi nhiệt độ cơ thể vượt ra khỏi giới hạn thích hợp sẽ làm tăng hay giảm cường độ chuyển hóa và gây rối loạn trong quá trình sinh lý bình thường của cơ thể. Khi nhiệt độ hạ thấp xuống tới một mức độ nào đó, đầu tiên là làm ngưng trệ chức năng tiêu hóa, sau đó đến chức năng vận động, rồi đến tuần hoàn và sau cùng là hô hấp. Tuy nhiên ở một số loài động vật, nhất là động vật biến nhiệt có khả năng sống tiềm sinh khi nhiệt độ xuống quá thấp hoặc lên quá cao, tuy vậy khi chế độ nhiệt trở lại bình thường thì các quá trình sinh lý cơ bản của các loài động vật nói trên sớm trở lại trạng thái hoạt động bình thường.
- Ảnh hưởng gián tiếp là nhiệt độ có thể tác động lên động vật như một loại tín hiệu, tín hiệu nhiệt độ có thể làm thay đổi điều kiện phát triển, sinh sản và sự hoạt động của động vật.
Khi nghiên cứu động vật trên các vùng khác nhau của trái đất người ta nhận thấy động vật cũng có đặc trưng thích nghi hình thái để bảo vệ khỏi sự tác động của nhiệt độ không thích hợp. Bằng phương pháp thống kê sinh học, người ta đưa đến một số qui luật quan hệ giữa nhiệt độ và thích nghi hình thái ở các loài động vật có xương sống hằng nhiệt (đẳng nhiệt) gần gũi về quan hệ phân loại.
- Quy luật Bergman: Trong giới hạn của loài hay nhóm các loài gần gủi đồng nhất thì những cá thể có kích thước lớn hơn thường gặp ở những vùng lạnh hơn (hay những cá thể phân bố ở miền bắc có kích thước lớn hơn ở miền nam), các loài động vật biến nhiệt (cá, lưỡng thể, bò sát …) thì ở miền nam có kích thước lớn hơn ở miền bắc. Quy luật này phù hợp với quy luật nhiệt động học: Bề mặt cơ thể động vật bình phương với kích thước của nó. Trong lúc đó khối lượng tỉ lệ với lập phương kích thước. Sự mất nhiệt tỉ lệ với bề mặt cơ thể và như vậy tỉ lệ đó càng cao, tỉ lệ bề mặt với khối lượng càng lớn, có nghĩa là cơ thể động vật càng nhỏ. Động vật càng lớn và hình dạng cơ thể càng thon gọn thì càng dễ giữ cho nhiệt độ cơ thể ổn định, động vật càng nhỏ quá trình trao đổi chất càng cao. Chẳng hạn, chim cánh cụt (Aptenodytes forsteri) ở Nam Cực có chiều dài thân 100 - 120cm, nặng 34,4 kg, trong khi một loài khác gần với nó (Spheniscus mendiculus) ở xích đạo chỉ có chiều dài thân 44,5 cm, nặng 4,5 – 5,0 kg. Hoặc như chiều dài trung bình của đầu thỏ (Lepus timidus) ở Hà Lan dài 70 -73 cm, ở bắc Liên xô cũ dài 77,8 cm, ở bắc Siberi dài 87,5 cm. Nhiều loài lưỡng cư, bò sát…có kích thước lớn thường gặp ở vĩ độ thấp hơn so với các nơi ở vĩ độ cao.
- Quy luật Allen: Quy luật này thường gặp hơn quy luật trên. D.Allen (1977) cho rằng càng lên phía bắc các cơ quan phụ của cơ thể (các bộ phận thò ra ngoài : Tai – chân – đuôi – mỏ) càng thu nhỏ lại. Một ví dụ điển hình là cáo Sahara có chân dài, tai to, cáo Châu Âu thấp hơn và tai ngắn hơn, còn cáo sống ở Bắc Cực tai rất nhỏ và mõm rất ngắn.
- Quy luật phủ lông: động vật có vú ở vùng lạnh có bộ lông dày hơn so với đại diện cùng lớp đó sống ở vùng ấm. Ví dụ hổ Siberi so với hổ Ấn Độ hay Malaysia có lông dày và lớn hơn nhiều. Điều này cũng phù hợp với quy luật Bergman. Sự thích nghi này cũng một phần nào phù hợp với động vật có vú sống ở những vùng rất khô hạn. Bộ lông dày làm giảm sự mất nước của cơ thể bằng con đường bốc hơi.
Nhiệt độ ảnh hưởng đến các hoạt động sinh lý của động vật. Chẳng hạn như đối với tốc độ tiêu hóa: Nhiệt độ có ảnh hưởng đến lượng thức ăn và tốc độ tiêu hóa của ấu trùng mọt bột lớn (Tenebrio molitor) ở giai đoạn 4, ở nhiệt độ cao (360C) ăn hết 638mm2 lá khoai tây nhưng nếu ở nhiệt độ hạ thấp xuống (160C) thì chỉ ăn hết 215mm2 lá khoai tây. Ở nhiệt độ 250C mọt trưởng thành ăn nhiều nhất và ở nhiệt độ 180C mọt ngừng ăn.
