A frequência cardíaca é regulada pela homeostase, um processo pelo qual o corpo regula seu ambiente interno durante sua interação com o ambiente externo. Um excelente exemplo de outra variável regulada pela homeostase é a temperatura corporal. Quando o ambiente está muito frio, o cérebro desencadeia contrações musculares para aumentar a temperatura interna.
A homeostase é um processo involuntário e, embora muitos fatores contribuam para o processo, ela é controlada principalmente por uma região do cérebro chamada medula. A medula desempenha um papel fundamental na regulação da frequência cardíaca. Quando o corpo necessita de mais oxigênio, a medula libera certos neurotransmissores que controlam a atividade elétrica do coração, permitindo que a frequência cardíaca aumente ou diminua dependendo das necessidades do corpo.