Sistemul nervos autonom are un rol crucial în răspunsul la stres prin intermediul celor două diviziuni ale sale: simpatetică și parasimpatică. Divizia simpatetică este responsabilă pentru activarea răspunsului „luptă sau fugi” în situații de stres și duce la creșterea frecvenței cardiace, dilatarea pupilelor și mobilizarea energiei. Divizia parasimpatică, pe de altă parte, are un efect opus și duce la relaxare și la reducerea nivelului de stres. În cazul unui răspuns prelungit la stres, sistemul nervos autonom poate fi suprasolicitat, ceea ce poate duce la apariția unor tulburări precum anxietatea, depresia sau insomnia.