寒さを感じたときに鳥肌が立つ理由は、人の皮膚上で「立毛」と呼ばれる現象が起こっているためです。
私たち人間は、生きるために内臓を動かしたり、体温を調節したり、血液を循環させたりしていますが、これらはすべて無意識のうちに行われます。こうした無意識の動きを調節しているのが自律神経です。自律神経は、起きているときや緊張しているときに優位になる交感神経と、寝ているときやリラックスしているときに優位になる副交感神経によって成り立っています。寒さを感じると、交感神経が優位になり、毛穴のそばにある「立毛筋」と呼ばれる小さな筋肉が収縮します。立毛筋の収縮によって毛穴が閉じると、普段は横になっている毛がぴんと立ちます。この現象を「立毛」といいます。立毛筋が収縮すると、毛穴の周辺がやや盛り上がり、「鳥肌が立った」状態になります。

実際、鳥肌が立った肌をよく確認してみると、毛穴があるところだけ皮膚が盛り上がっていることがわかります。この立毛現象は、人以外のほ乳類に見られるもので、動物は毛を逆立てることで外気温による体の冷えを防いでいます。人間の祖先も、外気から身を守る術を持たなかった時代には、鳥肌を立てることによって毛を逆立て、冷えから身を守っていたと予測されています。
しかし、服装や暖房器具などで寒さをしのげるようになった今、人の体毛は退化し、鳥肌で毛を逆立てても冷えを防ぐ手段にはなりません。つまり、寒さを感じたときに鳥肌が立つのは、祖先から引き継がれてきた体の習性の名残といえるでしょう。