Udar cieplny to stan po przegrzaniu organizmu. Dobrze działający organizm dąży do zachowania równowagi cieplnej, czyli utrzymywania temperatury ciała w pewnym zakresie temperatur. Jest to tzw. termoregulacja. Jednak przy większej podaży ciepła ze strony organizmu lub ograniczonych możliwościach oddawania tego ciepła do otoczenia (wywołanych na przykład za dużą temperaturą otoczenia) albo większej podaży ciepła z otoczenia (upał, przebywanie bez osłony na otwartym słońcu), może dojść do zaburzenia mechanizmów termoregulacji i w efekcie przegrzania organizmu. Naturalna „klimatyzacja” organizmu ma po prostu swoją określoną wydajność, i jeśli jest zbyt gorąco to przestaje poprawnie pracować i dochodzi do przegrzania. Przegrzanie może skutkować stanem chorobowym czyli udarem cieplnym. W cięższych przypadkach udar cieplny może stanowić zagrożenie dla życia.

Główną przyczyną udaru cieplnego jest podniesienie się temperatury organizmu, poza zakres sprawnego działania ośrodka regulującego temperaturę ciała. Z prostych reguł bilansu ciepła oraz zasad termodynamiki wynika, że stan ten może spowodować albo podniesienie się temperatury ciała (wywołane różnymi czynnikami) albo znaczna temperatura otoczenia. W uproszczeniu, udar cieplny jest spowodowany przez niemożność wystarczającego odprowadzania ciepła, w związku z tym temperatura ciała rośnie. Organizm przez cały czas wydziela energię cieplną niezbędną do utrzymania procesów życiowych, jeśli jednak energia ta nie jest rozpraszana do otoczenia, wówczas jest „magazynowana” w ciele, powodując niebezpieczny wzrost jego temperatury.