冰敷消肿的原理在于：冰敷造成局部收缩；阻止毛细血管的继续破裂；减少液体渗出减少以及减缓组织胺的释放；减轻组织对疼痛的敏感性；减轻微循环及周围组织的渗出和肿胀； 减少血管内皮 细胞的作用和血栓的形成；减少氧自由基的释放等等。
生理上，当温度降至廿度时，骨胳肌的肌纺锤反射会受到抑制，肌肉张力减弱，痛觉神经传导也会变慢或被阻断(低到十度时)，产生有效的止痛效应。另一方面，低温会强化胶原纤维(肌腱、韧带、软骨等均属之)，使受伤的肌肉、肌腱伤害不后续扩大。
研究表明：在创伤后的第一个24小时之内，微循环障碍以及由其继发的组织损伤反应并不明显。所以冰 敷要尽早，而且要持续一段时间。这样，早期合理的冰敷就可以达到减低组织创伤程度和加快组织修复的目的。
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冰敷应分次做，间隔至少三十分钟或更久，重要的是每次不超过十五至二十分钟，冰太久会使局部血管过度收缩造成冻伤，甚至对周边血管病变者，产生坏死，严重者须截肢。而关节部位的冰敷须以柔软、内置碎冰块搀水(各一半)的乳胶囊，轻轻覆盖才能均匀降温；切忌拿出冰冻层硬梆梆的冰袋，不仅无法有效冰敷，反而会在关节隆突处造成冻伤。
一些运动伤害后久肿不消，像治疗不当的足踝扭伤，可采“热、冷交替式水疗”；先泡38至四十五度热水四至六分钟，再立即浸在十至十五度冷水二至三分钟，交替进行五次(最后一次是热水)，再绑上弹性绷带，每天做个两三回，大都两周内就可见效。
参考资料来源：百度百科-冰敷
对人体来说，冰敷所导致早期的生理效应是血管收缩，紧接着出现的是缺血效应，直接影响局部组织的供氧和其它营养物资输送，进而导致局部组织坏死。而通常身体的保护效应会避免此种情况发生，我们的身体会察觉此处的血管重新扩张，血流增加，缺氧状况改善从而防止坏死。所以长时间的冰敷不仅是危险的，而且会使冰敷的效应降低，所以应严格地控制冰敷的时间。正常的冰敷不可以超过10分钟。损伤较严重的，10分钟的冰敷是不够的，所以我们可以采用每半个小时一次冰敷来控制症状。
个人补充：一般而言，受伤后24小时之内的急性期用冰敷，48小时以后的亚急性期和慢性期用热敷。
参考资料：刘崇志骨科博客
冷敷可使毛细血管收缩，减轻局部充血，可使神经末梢的敏感性降低而减轻疼痛。
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热敷可促进炎症的消退，在炎症的早期，热敷可促进炎症的吸收和消散；后期可使炎症局限，有助于坏死组织的消除和组织修复。热敷能使肌肉、肌腱和韧带等组织松弛，解除因肌肉痉挛、强直而引起的疼痛，如腰肌劳损、扭伤等。还可减轻深部组织充血，使局部血管扩张。热敷对小儿、老年人及末梢循环不良的患者或危重病人进行保暖，以促进其血液循环。
热敷同冷敷操作相似，既可以用小毛巾浸热水，拧成半干使用，也可用热水袋灌装热水裹上毛巾敷于患处。要注意刚受闭合性外伤(即无伤口的外伤)时，却不可开始就热敷，那样会因促进血管扩张，加重瘀紫肿胀；此时应冷敷控制出血，再用热敷，以扩张血管，促进血瘀吸收。有感染时应避免热敷，各种内脏出血、急腹症，不宜热敷。