在冬眠过程中，动物是处于活动(常温)与麻痹（低温）交替的冬眠阵状态。活动时期约为8小时至2天。有些种类动物在此期间进行排泄或进食。大多数种类动物不进食，但进行某些生理平衡的调整。
冬眠动物在长达100多天的冬眠季节内不吃不喝而仍维持生命，是由于有充足的能量储备，而代谢又降到最低水平，为活动时的1～2。其呼吸商接近0.7,主要靠氧化脂肪来供给能量和水分。冬眠型动物在肥育期内便储存了相当于体重30～50的脂肪，大多数集中于皮下，不仅供给能量还有保温作用。冬眠型动物的褐脂较非冬眠型多，而经过冬眠后又减少最多。曾被人认为是与冬眠有关的内分泌腺，有冬眠腺之称。现知与冬眠动物的激醒有密切关系。
冬眠的诱发因素是些外在因素，如环境温度的下降和秋季食物短缺。但一些专家认为，逐渐缩短的白昼是一种冬眠信号，它会导致一些内在因素的改变，如激素水平的变化和季节性变化的生物钟的调节。
生物钟看来会影响动物的行为，如脂肪贮存和为冬眠作准备。还有正待研究的关于冬眠地点高浓度二氧化碳的麻醉作用，可能也是冬眠的诱发因素。环境温度的升高和代谢产物的积聚可能都是觉醒信号。冬眠动物在觉醒时慢慢升高自己的体温。荷尔蒙会导致褐色脂肪组织的分解，为体温初步升高提供能量。当体温到达15摄氏度时，肌肉会开始颤抖，进一步暖和身体。
在有着重要器官的胸部和头部温度会比起其它身体部位更快的恢复。冬眠的长短随动物而异。欧洲刺猬3到4个月。冬眠鼠可睡上6到7个月。但不能简单认为，冬眠是一个长达数月不间断的过程，相反，更常见的冬眠是间歇性的，长的休止状态，低的新陈代谢中插有短暂的觉醒状态。、
但动物不能经常回复到醒的状态，因为每次醒来都是要耗能的，醒的次数太多会导致脂肪贮存过早耗尽，以致在来年春天的真正觉醒时无“脂”可用。
动物的冬眠受自然条件影响最大。外界刺激越多，内部本能的适应能力越强。首先，外界温度对动物冬眠有重要影响。当周围环境温度在5c一10c时，最宜引起冬眠。其次，食物的缺乏是促成冬眠的因素。对于鸟类，一般只要限制食物或者是让它饥饿，它就会立即进入昏睡状态。再次，光也是引起冬眠的重要外界条件。如果光线时间减少或昏暗时，动物便很快开始冬眠。
由以上所述的呼吸、循环和体温的调节活动，可知中枢保持着积极活动。用放射自显影方法研究金背黄鼠的中枢活动，发现在入眠、深眠及激醒等不同的阶段,其中枢活动的核团都不一样,说明冬眠的各阶段是由不同的中枢调控的。尚未发现调控冬眠的特定中枢核团。脑电图的研究指出，冬眠时可能只有10的神经元处于活动状态，冬眠和睡眠的脑电图颇为相似，因此可以认为冬眠可能属于慢波睡眠的体温调节扩展。控制体温调节的视前区-下丘脑前部(po/ah)在冬眠过程中也起着调控作用。
升高冬眠型动物po/ah区的温度，可引起代谢产热减少而直肠温度下降；反之，降低此区的温度则增加产热引起直肠温度上升。这种反应与非冬眠型动物是一致的。而在深冬眠的动物则无此反应，若将po/ah的温度降到1c以下，这个反应又恢复，并引起激醒。而当动物正在激醒,体温上升时加温po/ah，动物又会回到深眠中去。这表明冬眠动物的体温下降，并非体温调控失败，而是主动地扩大适应能力。
冬眠动物对外界临界温度变化的监测，由警戒温度感受器执行，现知黄鼠的警戒温度感受器在中枢神经内部，而冬眠睡鼠则在后腿。
人们认为冬眠过程受多种内分泌腺体所调节，但是不同的实验动物或不同的方法所得到的结果很不一致，甚至互相矛盾。故这方面的进展甚慢。报道较多的是松果腺和甲状腺与冬眠的关系，较为肯定松果腺为冬眠所需。甲状腺在冬眠时则减退，甚至在肥育期便开始减少分泌，以利脂肪的积累。5-羟色胺也参与某些动物的入眠过程。有学者曾在冬眠动物血液中发现冬眠触发物及抑制物。把触发物注射到活动动物体内，能诱使十三线黄鼠在非冬眠季节入眠，如加入抑制物则能阻止触发物作用。但这一发现还有待进一步证实。
地球上可控制自己体温的动物,称为恒温动物。可因环境温度改变而调节体温的动物,称为变温性动物,这些变温动物在冬天寒冷时,体温随着下降,而活动也跟着停止,此时体内对能量的消耗也随着减少,如此在不吃食物的状态下也能维持生命。
“冬眠”的种类分为3种,第一种为蛇及蛙等两栖爬虫类的冬眠,其体温与周围环境配合,如环境温度下降则体温跟着下降而进入冬眠状态,己无法进行调节。第二种为松鼠等动物其体温于平时保持恒温性,在进行冬眠时,可将自己体温下降到接近环境周围之温度,但为了避免**在0c以下结冻,其体温维持在5c之间。
第三种为熊类,熊在冬眠时其体温只下降几度c,但能长时间不进食而呈睡眠状态,在严紧的分类下应该是近于睡眠和冬眠之间。冬眠的哺乳类动物与人类身体构造上一定有什么不一样吗？答案是否定的。两者器官和组织没有差异性,只不过是冬眠的哺乳动物能够利用特殊因子来控制神经荷尔蒙系统调节器官的代谢状态,如果能找到这种控制的遗传因子,将来人类或其他动物进行冬眠也不无可能性。在我们台湾因为天气温暖,所以动物的冬眠时间应该很短暂,尤其是动物园内属于可冬眠性的动物在保温及避寒的设施下于冬天还是能活动自如的。
冬眠的哺乳动物啮齿目栗鼠、欧洲睡鼠、金仓鼠翼手目蝙蝠食虫目刺猬还有青蛙蛇找不到有蝎子。
在秋季冬眠动物机会寻找冬眠的地方:中空的树干和地穴等，并在里面铺上草、秸秆、叶子和毛等作垫。在这么一个布置好的栖身之处它们会成群的蜷缩着身子，耷拉着眼皮，以这种低耗能的形式-torpor（拉丁语：迟钝），度过冬天。它们的体温会降至1到9c。所有身体机能会大幅下降。呼吸很弱，心跳变慢，对外界刺激的敏感性下降。如果用红外线摄影机拍摄冬眠的蝙蝠，会看到蝙蝠的身体呈暗蓝色。
例如土拨鼠在冬眠状态下，体温会从39降至7c。心跳从原来的每分钟100下跌至2到3下。呼吸频率可以延至一小时一次。肠和肝的代谢产物会收集在肠的下部，并且在苏醒的时候被排出。动物在冬眠时会停止进食，或者是在短暂的苏醒状态中进行摄食。