La théorie derrière la thérapie par bain de contraste est que l’eau chaude provoque une vasodilatation du flux sanguin dans le membre ou le corps, suivie de l’eau froide qui provoque une vasoconstriction, augmentant la circulation sanguine locale. De plus, les vaisseaux lymphatiques se contractent lorsqu’ils sont exposés au froid et se détendent en réponse à la chaleur. Le système lymphatique, contrairement au système circulatoire, n’a pas de pompe centrale. En alternant le chaud et le froid, on pense que les vaisseaux lymphatiques se dilatent et se contractent pour « pomper » et déplacer le liquide stagnant hors de la zone lésée, ce qui affecte positivement le processus d’inflammation, qui est le principal mécanisme de guérison des tissus endommagés.Une étude a montré que les fluctuations de la température intramusculaire étaient inférieures à celles causées par un bain chaud seul.

D’autres études indiquent que le stress thermique semble influencer positivement le système immunitaire.

Une paire d’études publiées en 1994 et 1997 par William Myer et ses collègues de l’Université Brigham Young ont étudié cette affirmation en utilisant des thermomètres montés à l’aiguille placés juste sous la peau et à 1 cm de profondeur dans le muscle du mollet. Dans les deux études, les sujets ont subi une routine de contraste de 20 minutes, commençant par la chaleur et alternant avec le froid toutes les quatre minutes. L’étude de 1994 a utilisé deux bains à remous, tandis que l’étude de 1997 a utilisé des sacs chauds et des sacs de glace. Dans les deux cas, Myer et coll. a constaté que, alors que la thérapie de contraste provoquait des fluctuations de la température de la peau, les températures musculaires ne changeaient pas de manière significative pendant la thérapie de contraste. Le corps a probablement été capable de détourner le flux sanguin de sorte que la température musculaire profonde soit maintenue à un niveau assez constant. Avoir cette hypothèse sur la thérapie de contraste a renversé des recherches forcées pour rechercher d’autres mécanismes possibles.