Топлината може да наруши способността на мозъка да регулира температурата си, като уврежда клетъчната функция и пречи на химичните сигнали, които невроните използват за комуникация. При хора с неврологични заболявания тези нарушения могат да бъдат особено опасни.
Човешкият мозък е изключително чувствителен към температурни промени. Въпреки че обикновено поддържа температура в тесен диапазон, малко над основната телесна температура, той произвежда значително количество топлина по време на нормална активност. Тялото трябва постоянно да работи, за да го охлажда, използвайки кръвообращението и други механизми. Когато тази система се натовари от високи външни температури или лоша терморегулация, мозъчната функция може да се влоши.
Екстремната топлина може също да повлияе на лекарствата, използвани за лечение на неврологични и психиатрични състояния, и да наруши съня - друг ключов фактор за здравето на мозъка. При хора с епилепсия, лошият сън увеличава риска от пристъпи. При пациенти с деменция горещите вълни се свързват с повишени хоспитализации и смъртни случаи, частично защото възрастните регулират температурата по-неефективно и може да не разпознават или да не могат да реагират адекватно на рисковете от топлината.

Повишаването на температурите е свързано и с увеличен риск от инсулт. Едно изследване установява, че в най-горещите дни смъртността от инсулт значително се повишава - което подсказва, че климатичните промени вече допринасят за хиляди допълнителни смъртни случаи годишно. Тежестта пада непропорционално върху страните с ниски и средни доходи, които вече имат по-високи нива на инсулти и са по-уязвими към екстремни метеорологични условия.
Топлината влияе и на психичното здраве. Изследвания свързват горещото време с повишена агресия, тревожност, депресия и дори риск от самоубийство. В същото време, климатичната тревожност - психологическото напрежение, причинено от осъзнаването на екологичните заплахи - нараства. При бременни жени екстремната топлина е свързана с по-висок риск от преждевременно раждане, което може да доведе до дългосрочни невроразвити проблеми. Междувременно по-топлите климатични условия разширяват обхвата и сезона на комарите, пренасящи болести, което увеличава риска от вирусни инфекции като Зика и денга, които могат да причинят неврологични увреждания.
Горещите вълни също могат да направят мозъка по-уязвим към токсини и патогени, като компрометират кръвно-мозъчната бариера - защитен щит, който помага да се предотврати навлизането на вредни вещества в мозъчната тъкан.
Въпреки че топлината влияе на всички до някаква степен, не всички хора са засегнати еднакво. Някои може да имат генетична предразположеност, която ги прави по-чувствителни към температурни екстреми. Изследователите все още работят, за да разберат кои аспекти на топлината - пикова температура, продължителност или нощни спадове - представляват най-голям риск и как това варира между отделните хора и заболявания.