Oprócz układów elektronicznych sprzężenia zwrotne występują w wielu różnych obszarach przyrody. Głównie obserwuje się je w układach złożonych znajdujących się na styku zainteresowania fizyki i innych dziedzin nauki, takich jak ziemski system klimatyczny, o którego licznych pętlach sprzężenia można przeczytać tutaj. Najprostszą z nich tworzy, zgodnie z prawem Stefena-Boltzmana, wzrost emisji promieniowania elektromagnetycznego przez Ziemię wraz ze zwiększaniem jej temperatury, co daje ujemną pętlę sprzężenia zwrotnego dla temperatury. Jest to przykład szerszej klasy tzw. procesów dochodzenia do równowagi dynamicznej, w których zawsze występują ujemne pętle sprzężenia zwrotnego. Dlatego można je zaobserwować także przy wyrównywaniu ciśnień, przejściach fazowych, czy poprzez regułę przekory w reakcjach chemicznych.

Natomiast dodatnie pętle sprzężenia zwrotnego są podstawą w wszelkich reakcjach łańcuchowych, jak przebicia elektryczne, wyładowania elektryczne, lawiny śnieżne, akcje laserowe lub reakcje w bombie jądrowej. Na przykład w tym ostatnim przypadku na skutek rozszczepienia każdego jądra uranu emitowanych jest kilka neutronów, które inicjują kolejne reakcje rozszczepienia, w ten sposób eksponencjalnie zwiększając szybkość zachodzenia następnych reakcji.