Kamæleoner er vekselvarme dyr, hvilket vil sige at de ikke selv kan holde en fast kropstemperatur, men er afhængig temperaturen i sine omgivelser.
De fleste kamæleoner behøver en kropstemperatur på mellem 20-32C, alt afhængigt af arten.
Når det er dag og solen skinner, vil kroppen hurtigt stabilisere sig til den ønskede temperatur og kamæleonen vil kunne flytte sig ind i skyggen igen.
For at optage mest mulig varme, kravler kamæleonen op på de øverste grene af buskene hvor solen skinner.
Her gøres kroppen flad og mørk i farven, så kroppen kan opfange flere af solens stråler.
Hjertet vil begynde at pumpe hurtigere og venerne vil udvide sig, for at skynde på varmeoptagelsen.
Det er dog ikke alle arter som optager varmen direkte fra solen, da nogle kamæleoner absorbere varmen fra omgivelserne.
Hvis den ønskede kropstemperatur bliver for høj, hyberventilere kamæleonen ved at åbne munden og herved fordamper vand fra mund og lunger og kropstemperaturen falder.
En lys farve tages i brug, for at minimere optagelse af varmen.
Nogle arter, så som Trioceros cristatus graver huller i jorden, for at kunne køle sig ned midt på dagen hvor der er varmest.
Om natten vil kamæleonerne minimere blodcirkulationen ud til huden, ved hjælp af formindsket hjerte aktivitet sammentrækninger i vener.
Dette hjælper kamæleonerne til at holde på varmen i kolde habitater, da der jo i nogle områder kan falde nattefrost.

Termoregulering er blevet studere flere gange, både i naturen og i laboratorier.
En af måderne at det blev gjort på, var at implantere små kobber plader i bugen af bagpartiet med en 1m lang ledning hængene ud, som kunne måle temperaturen.
Kamæleonerne blev sat fri hvor de blev indfanget og temperaturen blev målt hver halve time.
Dyrene så ikke ud til at være forstyrret af ledningen, da de viste alle tegn på naturlig adfærd, spiste, sked og parrede sig.
Kobber plader blev også lagt ud i habitatet og malet forskellige farver, for at sameligne temperatur forskellene.
Der blev også lavet flere undersøgelser hvor dyrene blev udsat for max og min. temperaturer og man kom frem til at de skiftede kropstemperaturen med 1C pr minut.