Der Temperatursinn wird von 2 verschiedenen Sensoren vermittelt: den Kalt- und Warmsensoren. Warmrezeptoren sind Nervenendigungen mit C-Fasern (marklosen Klasse-IV-Fasern, Kaltrezeptoren haben C-Fasern und Aδ-Fasern (Klasse-III-Fasern). Wie auch beim Tastsinn sind diese Sensoren nicht über die komplette Haut gleich verteilt. Die mit Abstand höchste Dichte findet sich im Mundbereich (Lippen). Ansonsten liegen sie viel weiter voneinander entfernt als die Sensoren des Tastsinnes.
d.h., sie reagieren hauptsächlich auf Temperaturveränderungen. Insgesamt wird auch nur ein kleiner Temperaturbereich registriert: bilden Aktionspotenziale in einem Temperaturbereich von 15°C bis 35°C, im Bereich von 30°C bis 43°C. Bei einer als angenehm empfundenen Normaltemperatur der Haut (: 31−35°C) besitzen beide Sensortypen eine gewisse Ruheaktivität, . Die Impulsrate der Kaltsensoren steigt zunächst mit fallender Hauttemperatur, um ab ca. 25°C wieder abzufallen. Spiegelbildlich verhalten sich die Warmsensoren, deren maximale Impulsfrequenz bei etwa 43°C liegt.
