褐色脂肪細胞屬于多泡脂肪細胞，其細胞內散在許多小脂滴，線粒體大而豐富，核圓形，位于細胞中央。在成人中，只有零星的、一個個的棕色脂肪細胞散布在白色脂肪組織中，但機體在特殊條件下可以產生棕色脂肪組織。女性、居住于寒冷地區的人群以及運動較多的人群含有較多的棕色脂肪，冬泳的方式可誘導出一定的棕色脂肪，可能是因為人體在寒冷的水中需要保存體溫。
棕色脂肪組織的作用是產生熱量。棕色脂肪組織代謝率非常高。在哺乳動物新生幼崽、冬眠動物和嚙齒類動物中，棕色脂肪組織不僅在寒冷的環境中用來維持體溫穩定，當它們進食過多時，棕色脂肪組織也可以將進食過多而多攝入體內的這部分能量，直接轉化為熱量，從皮膚表面散發。