Por contacto directo con la fuente calorífica o por radiación, el calor llega a los tejidos produciendo una destrucción más o menos extensa que constituye la quemadura. La muerte celular (en niños pequeños a partir de los 40º) se produce en virtud de unos mecanismos todavía no aclarados en los que intervendría la alteración de las proteínas de los tejidos corporales y la inhibición funcional de sistemas enzimáticos vitales para las células. La piel, al ser destruida por la acción del calor, pierde su propiedad de barrera protectora contra la evaporación de agua y la pérdida de calor, y su misión de defensa ante la entrada de gérmenes. En consecuencia, se pierde agua, calor y se favorecen las infecciones.
Sobre los vasos sanguíneos, el efecto del calor y la liberación de sustancias procedentes de la destrucción celular, dan lugar a una vasodilatación de las arteriolas, responsable del aumento de la temperatura local y del enrojecimiento. Si la acción del calor es más intensa o duradera, se produce un aumento de la permeabilidad vascular, separándose las células que tapizan los vasos, lo que origina una salida de líquidos del espacio vascular al exterior. Esta afectación es máxima a las 0,5-1 horas tras la quemadura (los niños pierden más líquido que los adultos). A menos que se reciba un tratamiento adecuado, las quemaduras superiores al 10% de la superficie corporal en niños menores de 2 años, pueden producir un estado de shock debido a la pérdida del volumen sanguíneo circulante. La disminución del riego sanguíneo ocasiona alteraciones en todas las células del organismo, con fallo multiorgánico, siendo especialmente sensible el riñón.