Negativní zpětná vazba je proces, při kterém se část výstupu systému vrací zpět na vstup, aby se obrátil směr změny výstupu. To má tendenci zabránit změně výstupu, takže je stabilizační a snaží se udržet homeostázu. Když dojde ke změně proměnné v rámci stabilního rozsahu, systém se pokusí nastolit rovnováhu.
Jednoduchým příkladem je termostat. Když teplota ve vytápěné místnosti dosáhne určité horní hranice, vypne se vytápění místnosti, takže teplota začne klesat. Když teplota klesne na dolní mez, topení se opět zapne. Pokud jsou tyto meze blízko sebe, udržuje se v místnosti stálá teplota. Totéž platí pro chladicí systém, jako je klimatizace, chladnička nebo mraznička.
„Kladné“ a „záporné“ neodkazují na žádoucnost, ale spíše na znaménko multiplikátoru v matematické rovnici zpětné vazby. Záporná smyčka zpětné vazby má tendenci přivést proces k rovnováze, zatímco kladná smyčka zpětné vazby má tendenci jej od rovnováhy urychlit.
Má sice některé výhody, například vyšší stabilitu systému, ale také nevýhody, například ztrátu zisku.
Některé biologické systémy vykazují negativní zpětnou vazbu, například baroreflex při regulaci krevního tlaku a erytropoézy.