情緒是人類一種心理現象，但伴隨着情緒活動也發生一系列生理變化。這些客觀的生理變化，稱爲情緒生理反應。自主神經系統的情緒反應，可以表現爲交感神經系統活動相對亢進的現象，例如貓對痛刺激產生情緒反應時，可以出現心率加速、血壓上升、胃腸運動抑制、腳掌出汗、豎毛、瞳孔散大、脾收縮而血液中紅細胞計數增加、血糖濃度上升，同時呼吸往往加深加快。人類在發怒情況下，也可見到類似的現象。自主神經系統的情緒反應，在某些情況下也可表現爲副交感神經系統活動相對亢進的現象。
例如，食物性嗅覺刺激可引致消化液分泌增加和胃腸運動加強，動物發生性興奮時則生殖器官血管舒張;人類焦急不安可引致排尿排便次數加頻，憂慮可引致消化液分泌加多，悲傷則流淚，某些人受驚嚇會引致心率減慢。因此，情緒生理反應主要是交感和副交感神經系統活動兩者對立統一的改變。持久的情緒活動會造成自主神經系統功能的紊亂。
在間腦水平以上切除大腦的`貓，常出現一系列交感神經系統興奮亢進的現象，並且張牙舞爪，好似正常貓在搏鬥時一樣，故稱之爲假怒(sham rage)。平時下丘腦的這種活動受到大腦的抑制而不易表現。切除大腦後則抑制解除，下丘腦的防禦反應功能被釋放出來，在微弱的刺激下就能激發強烈假怒反應。研究指出，下丘腦內存防禦反應區(defense zone)，它主要位於下丘腦近中線兩旁的腹內側區。在動物麻醉條件下，電刺激該區可獲得骨骼肌的舒血管效應(通過膽鹼能交感舒血管纖維)，同時伴有血壓上升、皮膚及小腸血管收縮、心率加速和其他交感神經性反應。在動物清醒條件下，電刺激該區還可出現防禦性行爲。此外，電刺激下丘腦外側區或引致動物出現攻擊撕殺行爲，電刺激下丘腦背側區則出現逃避性行爲。可見，下丘腦與情緒生理反應的關係很密切。人類下丘腦的疾病也往往伴隨着不正常的情緒生理反應。
