De functie van bruin vetweefsel is het omzetten van energie uit voedsel in warmte; fysiologisch kunnen zowel de geproduceerde warmte als de resulterende afname in metabolische efficiëntie van betekenis zijn. Zowel de acute activiteit van het weefsel, d.w.z. de warmteproductie, als het rekruteringsproces in het weefsel (dat resulteert in een hoger thermogeen vermogen) staan onder controle van noradrenaline dat vrijkomt uit sympathische zenuwen. Bij thermoregulerende thermogenese is bruin vetweefsel essentieel voor de klassieke thermogenese zonder rillingen (dit verschijnsel bestaat niet bij afwezigheid van functioneel bruin vetweefsel), alsook voor de door koude acclimatisatie opgewekte noradrenaline-geïnduceerde thermogenese. De warmteproductie door bruin vetweefsel wordt geactiveerd wanneer het organisme extra warmte nodig heeft, b.v. postnataal, bij het begin van een koortsachtige toestand en bij het ontwaken uit een winterslaap, en de snelheid van de thermogenese wordt centraal gecontroleerd via een in de hypothalamus geïnitieerde route. Voeden als zodanig leidt ook tot activering van bruin vetweefsel; een reeks diëten, kennelijk alle gekenmerkt door een laag eiwitgehalte, leidt tot een leptine-afhankelijke rekrutering van het weefsel; deze metaboloregulerende thermogenese staat eveneens onder controle van de hypothalamus. Wanneer het weefsel actief is, worden grote hoeveelheden lipiden en glucose in het weefsel verbrand. De ontwikkeling van bruin vetweefsel met zijn karakteristieke eiwit, uncoupling protein-1 (UCP1), was waarschijnlijk bepalend voor het evolutionaire succes van zoogdieren, aangezien de thermogenese ervan de overlevingskansen van pasgeborenen vergroot en een actief leven mogelijk maakt, zelfs in een koude omgeving.