Stress gaat gepaard met een verhoogde fysiologische activiteit. De fysiologische reactie op stressprikkels wordt gezien als een noodreactie van het organisme om het hoofd te kunnen bieden aan bedreigende situaties. Men spreekt ook wel van een vecht- of vluchtreactie.

De stressrespons komt via twee verschillende zenuwbanen tot stand; er is een snelle reactie van het autonome zenuwstelsel, en een langzamer reactie die tot stand komt via de baan hypothalamus-hypofyse-bijnierschors. De snelle reactie berust op activiteit van het sympatische zenuwstelsel, die zorgt voor het vrijmaken van adrenaline en noradrenaline in de bloedbaan door het bijniermerg.

De tweede route wordt ook wel hypothalamus-hypofyse-bijnierschors as (in Engels HPA axis) genoemd. Hierbij spelen drie stoffen een rol. De stressprikkel bereikt de hypothalamus. Deze produceert een peptide, CRH geheten. Dit stimuleert de voorkwab van de hypofyse tot productie van het hormoon ACTH, dat op zijn beurt de bijnierschors stimuleert tot productie van corticosteroïden waaronder het stresshormoon cortisol. Afscheiding van cortisol in de bloedbaan leidt tot een verhoging van het bloedsuikergehalte (glucosespiegel) en verhoogt het metabolisme. Het remt tenslotte via terugkoppeling weer de cellen in de hypothalamus die de stressreactie veroorzaakten. Cortisol wordt gezien als een stof die het lichaam helpt om energie te mobiliseren, waardoor men beter opgewassen is tegen bedreigende situaties. Het stressniveau (gehalte van noradrenaline en adrenaline) kan achteraf worden bepaald via het bloedplasma of urine.