Fysiologiske effekter tilsvarende dem man ser ved andre angstlidelser er til stede ved sosial fobi. Stilt overfor en ubehagelig situasjon kan barn med sosial angst fremvise raserianfall, gråt, klamring til foreldrene, og å stenge seg selv ute av situasjonen. Hos voksne kan det være tårer, overdreven svette, kvalme, skjelving og hjertebank. Rødming er vanlig hos personer som lider av sosial fobi. Disse synlige symptomene forsterker ytterligere angst i nærvær av andre. En studie fra 2006 fant at amygdala, som er en del av det limbiske systemet, blir hyperaktivert når pasienter ble vist truende ansikter eller konfrontert med skremmende situasjoner. De fant at pasienter med mer alvorlig sosial fobi viste en samvariasjon med økt respons i amygdala.