Funkcją tkanki tłuszczowej brunatnej jest przenoszenie energii z pożywienia na ciepło; fizjologicznie znaczenie może mieć zarówno wytwarzane ciepło, jak i wynikające z tego obniżenie sprawności metabolicznej. Zarówno ostra aktywność tkanki, czyli produkcja ciepła, jak i proces rekrutacji w tkance (co skutkuje zwiększeniem zdolności termogenicznej) są pod kontrolą noradrenaliny uwalnianej z nerwów współczulnych. W termoregulacyjnej termogenezie brunatna tkanka tłuszczowa jest niezbędna do klasycznej termogenezy bezdrżeniowej (zjawisko to nie występuje przy braku funkcjonalnej brunatnej tkanki tłuszczowej), jak również do termogenezy indukowanej przez noradrenalinę w trakcie zimnej aklimatyzacji. Produkcja ciepła z brunatnej tkanki tłuszczowej jest aktywowana zawsze wtedy, gdy organizm potrzebuje dodatkowego ciepła, np. w okresie poporodowym, podczas wprowadzania w stan gorączkowy oraz podczas wybudzania z hibernacji, a tempo termogenezy jest centralnie kontrolowane poprzez szlak zapoczątkowany w podwzgórzu. Karmienie jako takie powoduje również aktywację brązowej tkanki tłuszczowej; seria diet, najwyraźniej wszystkie charakteryzują się niską zawartością białka, powodują zależną od leptyny rekrutację tkanki; ta metaboloregulacyjna termogeneza jest również pod kontrolą podwzgórza. Kiedy tkanka jest aktywna, spalane są w niej duże ilości lipidów i glukozy. Rozwój brunatnej tkanki tłuszczowej z charakterystycznym dla niej białkiem, białkiem wysprzęglającym 1 (UCP1), prawdopodobnie zadecydował o sukcesie ewolucyjnym ssaków, gdyż jej termogeneza zwiększa przeżywalność noworodków i pozwala na aktywne życie nawet w zimnym otoczeniu.