1. Huid
Wanneer de temperatuur buiten ons lichaam oploopt, stuurt de hypothalamus – de thermostaat van ons lichaam – vanuit onze hersenen signalen naar oppervlakkig gelegen bloedvaten in onze huid, met de opdracht om uit te zetten. Zo vloeit warm bloed uit ons binnenste naar onze buitenkant, waar het kan koelen aan de lucht (vooropgesteld dat die niet veel hoger is dan een graad of 30).
Als die maatregel niet volstaat om de lichaamstemperatuur beneden de 37° C te houden, zet de hypothalamus de zweetklieren in werking. Die scheiden zweet uit op de huid, waar het kan verdampen. Dat heeft een verkoelend effect, omdat bij die verdamping warmte aan het lichaam wordt onttrokken.
2. Hart
Wanneer de bloedtoevoer naar onze huid verhoogt door de warmte, loopt die naar het hart navenant terug. Ons hart moet harder en sneller pompen om alle organen te voorzien van voldoende zuurstof. Als dat niet lukt, kan dat leiden tot pijn op de borst (hartvang of angina pectoris), een infarct of een hartstilstand. Hartziekte is de hoofdoorzaak van oversterfte door hittegolven, zeker bij mensen die al kampen met hart- en vaatproblemen. Ook dikke benen en enkels (hitte-oedeem) zijn een gevolg van een minder efficiënte bloedcirculatie.
Als daarenboven uitgezweet vocht niet wordt aangevuld door te drinken, daalt het bloedvolume, waardoor het hart minder bloed per minuut kan rondpompen, de hartslag stijgt en de bloeddruk daalt. In extreme gevallen kan dat leiden tot een hitteslag met stuipen, bewustzijnsverlies, coma en overlijden.
3. Longen
Schade aan de longen is de tweede grootste oorzaak van oversterfte door hitte. Hitte verergert luchtvervuiling, en inademing van hete, vervuilde lucht kan aandoeningen als astma en COPD (chronische luchtwegontsteking) verergeren. Ook kunnen kwetsbare personen longoedeem (‘water op de longen’) krijgen. Voor iemand met een vergevorderde longaandoening die onder normale omstandigheden al moeizaam ademt, kan zoiets fataal aflopen. 
4. Hersenen
Wanneer we ons lichaam niet meer gekoeld krijgen en onze lichaamstemperatuur te hoog oploopt, kunnen onze hersenen oververhitten. Daardoor raakt de hypothalamus, de kleine hersenkern die onze temperatuur regelt, van slag. Door die ontregeling krijgen we geen dorstprikkels meer en stoppen we met zweten. De warmte blijft zich in ons lichaam opstapelen en onze lichaamstemperatuur kan doorschieten naar 42-43 graden. Dat resulteert in een hitteslag, waarbij we ons coördinatievermogen verliezen, gedesoriënteerd raken, braken en wartaal uitslaan, en finaal het bewustzijn kunnen verliezen.
5. Nieren
Uitdroging leidt tot een verminderde nierfunctie. Tegelijk brengt de afbraak van spierweefsel meer afvalstoffen in het bloed. Het onevenwicht tussen vraag en aanbod in de nierwerking kan leiden tot nierfalen. Ook kunnen hartfalen en shock door de hitte aanleiding geven tot nierfalen.
6. Spieren
Verlies van vocht en opgeloste zouten door de hitte kan leiden tot pijnlijke spierkrampen.
