La fonction du tissu adipeux brun est de transférer l’énergie des aliments en chaleur ; physiologiquement, tant la chaleur produite que la diminution de l’efficacité métabolique qui en résulte peuvent être significatives. Tant l’activité aiguë du tissu, c’est-à-dire la production de chaleur, que le processus de recrutement dans le tissu (qui se traduit par une capacité thermogénique plus élevée) sont sous le contrôle de la norépinéphrine libérée par les nerfs sympathiques. Dans la thermogénèse thermorégulatrice, le tissu adipeux brun est essentiel pour la thermogénèse classique sans frisson (ce phénomène n’existe pas en l’absence de tissu adipeux brun fonctionnel), ainsi que pour la thermogénèse induite par la noradrénaline induite par l’acclimatation au froid. La production de chaleur à partir du tissu adipeux brun est activée chaque fois que l’organisme a besoin de chaleur supplémentaire, par exemple pendant la période postnatale, lors de l’entrée dans un état fébrile et lors du réveil après une hibernation, et le taux de thermogenèse est contrôlé au niveau central par une voie initiée dans l’hypothalamus. L’alimentation en tant que telle entraîne également l’activation du tissu adipeux brun ; une série de régimes, apparemment tous caractérisés par une faible teneur en protéines, entraînent un recrutement du tissu dépendant de la leptine ; cette thermogenèse métabolorégulatrice est également sous contrôle hypothalamique. Lorsque le tissu est actif, de grandes quantités de lipides et de glucose sont brûlées dans le tissu. Le développement du tissu adipeux brun avec sa protéine caractéristique, la protéine de découplage-1 (UCP1), a probablement été déterminant pour le succès évolutif des mammifères, car sa thermogenèse améliore la survie néonatale et permet une vie active même dans un environnement froid.