Negatīva atgriezeniskā saite homeostāzē apraksta procesu, kurā ķermeņa sistēmas uztur savu parasto vidi vai stāvokli. Homeostāze raksturo ķermeņa vispārējo iekšējo sistēmu regulējumu. Kad notiek izmaiņas stāvoklī, piemēram, ķermeņa temperatūrā, tiek aktivizētas negatīvas atgriezeniskās saites reakcijas, lai temperatūra atgrieztos normālā punktā. Piemēram, ja ķermenis kļūst pārāk karsts, rodas svīšana, lai to atdzesētu. Ja ķermenis kļūst pārāk auksts, drebuļi ir viena reakcija, kas palīdz to sasildīt.
Ķermeņa sistēmas tipisko vai ideālo stāvokli sauc par iestatīto punktu, bet negatīva atgriezeniskā saite homeostāzē nevar uzturēt sistēmas precīzi iestatītajā punktā. Tā vietā negatīva atgriezeniskā saite homeostāzē darbojas, lai saglabātu ķermeņa temperatūru, piemēram, tā sauktajā normālā vērtību diapazonā. Sistēmas vērtību, kas mainās dažādu apstākļu ietekmē, sauc par mainīgo.
Bieži vien negatīvai atgriezeniskajai reakcijai ir trīs daļas, ko sauc par receptoru, vadības centru un efektoru. Uztvērējs ir atgriezeniskās saites reakcijas daļa, kas vienkārši nosaka izmaiņas mainīgā vērtībā. Šī informācija tiek nodota vadības centram, kas uzrauga izmaiņas un sāk negatīvu atgriezenisko saiti, kad izmaiņas ir pārāk tālu ārpus normālā vērtību diapazona. Kad tas notiek, vadības centrs signalizē efektoram, lai veiktu darbības, kas palīdzēs atgriezt sistēmu tās iestatītajā punktā.
Viens negatīvas atgriezeniskās saites piemērs homeostāzē ir veids, kā organisms regulē asinsspiedienu. Receptori šajā gadījumā ir spiedienjutīgas vēnas, kas atrodas netālu no sirds un galvas. Šie receptori sūta nervu impulsus uz smadzeņu daļu, šeit ir vadības centrs, kas regulē sirdsdarbības ātrumu. Pēc tam vadības centrs nosūta signālus efektoram, kas šajā gadījumā ir sirds. Atbildot uz smadzeņu ziņojumiem, sirds paātrina vai palēninās, lai regulētu asinsspiedienu.
Negatīvās atgriezeniskās saites jēdziens homeostāzē tiek izmantots arī psiholoģijā. Psiholoģijā tas var būt noderīgs veids, kā izprast pamata dziņas un motivācijas. Piemēram, cilvēks, kuram ir atņemts ēdiens, laika gaitā parasti kļūst izsalcis. Bada sajūta ir negatīvas atgriezeniskās saites mehānisms, kas mēģina atgriezt ķermeni tā uzturvērtības punktā. Kad šis cilvēks ēd, mehānisms ir bijis veiksmīgs un izsalkuma sajūta izklīst.