Các dấu hiệu và triệu chứng khác nhau tùy thuộc vào mức độ hạ thân nhiệt, và có thể được chia theo ba giai đoạn nghiêm trọng. Trẻ sơ sinh bị hạ thân nhiệt có thể cảm thấy lạnh khi chạm vào, với làn da có màu đỏ tươi và thiếu năng lượng bất thường.

Nhẹ

Các triệu chứng hạ thân nhiệt nhẹ có thể mơ hồ,[10] với sự kích thích hệ thần kinh giao cảm (run rẩy, huyết áp cao, nhịp tim nhanh, nhịp hô hấp nhanh và co thắt mạch máu). Đây là tất cả các phản ứng sinh lý để bảo quản nhiệt.[11] Sản xuất nước tiểu tăng do lạnh, rối loạn tâm thần và rối loạn chức năng gan cũng có thể có mặt.[12] Tăng đường huyết có thể có mặt, vì tiêu thụ glucose của các tế bào và bài tiết insulin đều giảm, và độ nhạy cảm của mô với insulin có thể bị giảm sút.[13] Kích hoạt giao cảm cũng giải phóng glucose từ gan. Trong nhiều trường hợp, tuy nhiên, đặc biệt là ở những người bị nhiễm độc rượu, hạ đường huyết dường như là một nguyên nhân phổ biến hơn. Hạ đường huyết cũng được tìm thấy ở nhiều người bị hạ thân nhiệt, vì hạ thân nhiệt có thể là kết quả của hạ đường huyết.

Vừa phải

Khi hạ thân nhiệt ỡ mức vừa phải, các triệu chứng bao gồm: thay đổi trạng thái tâm thần như mất trí nhớ, nhầm lẫn, nói chậm, giảm phản xạ và mất các kỹ năng vận động tinh.[14]

Nặng

Khi nhiệt độ giảm, các hệ thống sinh lý tiếp theo đều bị khó khăn và nhịp tim, nhịp hô hấp và huyết áp đều giảm. Điều này dẫn đến nhịp tim dự kiến ở 30 giây ở nhiệt độ 28 °C (82 °F).[12]

Thường không có triệu chứng run rẩy, lạnh, da bị viêm, ảo giác, thiếu phản xạ, đồng tử giãn cố định, huyết áp thấp và phù phổi.[14] Nhịp tim và nhịp thở giảm đáng kể, nhưng nhịp tim nhanh (nhịp nhanh thất, rung tâm nhĩ) cũng có thể xảy ra. Rung tâm nhĩ thường không phải là một mối quan tâm trong chính nó.[2]

Cởi quần áo nghịch lý

Hai mươi đến năm mươi phần trăm trường hợp tử vong do hạ thân nhiệt có liên quan đến việc cởi quần áo nghịch lý. Điều này thường xảy ra trong quá trình hạ thân nhiệt vừa và nặng, vì người bệnh trở nên mất phương hướng, bối rối và hiếu chiến. Họ có thể bắt đầu loại bỏ quần áo của họ, do đó, làm tăng tốc độ mất nhiệt.[15][16]

Những người cứu hộ được đào tạo về kỹ thuật sinh tồn trên núi được dạy để tránh điều này; tuy nhiên, những người chết vì hạ thân nhiệt trong môi trường đô thị đôi khi được cho không chính xác là do bị tấn công tình dục.[17]

Một lời giải thích cho tác động là trục trặc do cảm lạnh của vùng dưới đồi, phần não điều chỉnh nhiệt độ cơ thể. Một lời giải thích khác là các cơ co thắt mạch máu ngoại biên trở nên cạn kiệt (được gọi là mất trương lực vận mạch) và thư giãn, dẫn đến máu tăng đột ngột (và nóng) đến tứ chi, khiến người bệnh cảm thấy quá nóng.[17][18]

Hội chứng trốn tìm

Một hành vi tự bảo vệ rõ ràng, được gọi là "đào hang đầu cuối" hay "hội chứng trốn tìm",[19] xảy ra trong giai đoạn cuối của hạ thân nhiệt. Những người bị ảnh hưởng sẽ vào những không gian nhỏ, kín, như bên dưới giường hoặc phía sau tủ quần áo. Nó thường được liên kết với cởi quần áo nghịch lý.[20] Các nhà nghiên cứu ở Đức tuyên bố đây "rõ ràng là một quá trình tự trị của thân não, được kích hoạt ở trạng thái hạ thân nhiệt cuối cùng và tạo ra một hành vi bảo vệ nguyên thủy và giống như đào hang, như nhìn thấy ở động vật ngủ đông". Điều này xảy ra chủ yếu trong trường hợp nhiệt độ giảm chậm.[18]