Mensen met een specifieke fobie ervaren tijdens de blootstelling aan een fobisch object of een fobische situatie of het anticiperen daarop meestal een verhoogde mate van fysiologische arousal. De precieze fysiologische respons op de gevreesde situatie of het gevreesde object varieert echter. Mensen met specifieke fobieën voor situaties, de natuurlijke omgeving of dieren vertonen vaak arousal van het sympathische centrale zenuwstelsel; mensen met een specifieke fobie voor bloed, injecties en/of verwondingen vertonen vaak een reactie die bestaat uit vasovagaal flauwvallen of bijna flauwvallen, die opvalt door de aanvankelijke kortdurende versnelling van de hartslag en verhoging van de bloeddruk, gevolgd door een vertraging van de hartslag en daling van de bloeddruk. Bovendien gaat een specifieke fobie het meest consistent gepaard met afwijkende activiteit in de amygdala, cortex cingularis anterior, thalamus en insula in reactie op het fobische object of de fobische situatie.
