Negatiivinen palaute homeostaasissa kuvaa prosessia, jolla kehon järjestelmät ylläpitävät normaalia ympäristöään tai tilaa. Homeostaasi kuvaa kehon sisäisten järjestelmien yleistä säätelyä. Kun muutoksia tapahtuu tilassa, kuten kehon lämpötilassa, negatiiviset takaisinkytkennät laukaisevat lämpötilan palauttamiseksi normaaliin pisteeseen. Esimerkiksi jos keho kuumenee liikaa, hikoilu jäähdyttää sitä. Jos keho muuttuu liian kylmäksi, vilunväristykset ovat yksi reaktio, joka auttaa lämmittämään sitä.
Kehon järjestelmän tyypillistä tai ihanteellista tilaa kutsutaan asetuspisteeksi, mutta homeostaasin negatiivinen palaute ei voi pitää järjestelmiä tarkasti asetuspisteessä. Sen sijaan negatiivinen palaute homeostaasissa toimii pitämään kehon lämpötila esimerkiksi normaalilla arvoalueella. Järjestelmän arvoa, joka muuttuu eri olosuhteiden vuoksi, kutsutaan muuttujaksi.
Negatiiviseen palautevasteeseen liittyy usein kolme osaa, joita kutsutaan reseptoriksi, ohjauskeskukseksi ja efektoriksi. Reseptori on osa palautetta, joka yksinkertaisesti havaitsee muuttujan arvon muutokset. Nämä tiedot välitetään ohjauskeskukseen, joka valvoo muutoksia ja aloittaa negatiivisen palautevasteen, kun muutokset jäävät liian pitkälle normaalin arvoalueen ulkopuolelle. Kun näin tapahtuu, ohjauskeskus ilmoittaa efektorille toimimaan, mikä auttaa palauttamaan järjestelmän asetettuun kohtaan.
Yksi esimerkki negatiivisesta palautteesta homeostaasissa on tapa, jolla keho säätelee verenpainetta. Reseptorit ovat tässä tapauksessa paineherkkiä laskimoita, jotka sijaitsevat lähellä sydäntä ja päätä. Nämä reseptorit lähettävät hermoimpulsseja aivojen osaan, tässä ohjauskeskukseen, joka säätelee sykettä. Ohjauskeskus lähettää sitten signaaleja efektorille, joka tässä tapauksessa on sydän. Vastauksena aivojen viesteihin sydän nopeuttaa tai hidastaa verenpainetta.
Homeostaasin negatiivisen palautteen käsitettä käytetään myös psykologiassa. Psykologiassa se voi olla hyödyllinen tapa ymmärtää perusasioita ja motiiveja. Esimerkiksi henkilö, jolta on riistetty ruokaa, tulee tyypillisesti nälkäiseksi ajan kuluessa. Nälän tunne on negatiivinen palautemekanismi, joka yrittää palauttaa kehon ravitsemukselliseen asetuspisteeseen. Kun kyseinen henkilö syö, mekanismi on onnistunut ja nälän tunne häviää.