La hipotermia produce grandes cambios en la circulación periférica. La resistencia vascular sistémica y pulmonar aumenta a los 26°C; dicho aumento está en relación al aumento de la viscosidad sanguínea, catecolaminas, hemoconcentración, edema celular y así mismo por activación de sustancias vasoconstrictoras a nivel pulmonar. Los cortos circuitos arteriovenosos tal vez aparezcan a bajas temperaturas. La hipotermia también puede causar trombocitopenia por un secuestro reversible de éstas en la circulación portal. Después de hipotermia profunda y paro circulatorio total hay una liberación masiva de catecolaminas lo cual contribuye al daño cerebral. Existe además activación del complemento asociado con activación de neutrófilos los cuales correlacionan con complicaciones respiratorias. El aumento de bradicininas circulantes durante hipotermia y CEC puede contribuir a alterar la permeabilidad vascular e inestabilidad circulatoria.
La aplicación más importante de la hipotermia se obtiene a nivel de protección orgánica cuando se usa en su forma profunda (menor de 15-16°C) y paro circulatorio total. Temperaturas sistémicas de 20-22ºC o menores son usadas para el paro total por 40-60 min sin daño orgánico significativo; esto generalmente en lesiones congénitas complejas, cuando se maneja arco aórtico o grandes aneurismas aórticos. Debe considerarse la velocidad de enfriamiento ya que al parecer es importante en la génesis del daño cerebral, donde los gradientes entre la temperatura corporal y de perfusión se correlacionan con necrosis celular y muerte (gradiente de 10°C); por lo que es importante el monitoreo de la temperatura.