Latexの定理型環境で定理の見出しの(定理、補題等）のフォントのサイズを変更する書式を教えてください。

パッケージを使っていいなら，以下のような感じになります．

\usepackage{ntheorem}
\theoremheaderfont{\large\bfseries}
\newtheorem{thm}{定理}

これをプレアンブル（\begin{document}の前）に書いてください．

ふつう定義されているのをそのまま再現するなら

\usepackage[thmmarks]{ntheorem}
\theoremstyle{plain}
\theoremheaderfont{\bfseries\large}%ここで調節．
\theorembodyfont{\normalfont}
\theoremseparator{}
\theoremprework{}
\theorempostwork{}
\theoremindent0cm
\theoremnumbering{arabic}
\newtheorem{definition}{定義}
%\theorembodyfont{\normalfont\itshape}%英語なら
\theoremsymbol{}
\newtheorem{theorem}[definition]{定理}
\newtheorem{corollary}[definition]{系}
\newtheorem{proposition}[definition]{命題}
\newtheorem{lemma}[definition]{補題}
\theoremstyle{nonumberplain}
\theoremsymbol{$\Box$}
\newtheorem{example}{例}
\newtheorem{proof}{証明}

のような感じでしょうか（上のような環境はパッケージによって定義済みですが，カスタマイズするには自分で定義し直さなくてはならないようです）．

ntheoremのマニュアルはこちら．

ほかにamsthmパッケージでもできると思います．

パッケージを使わないのであれば，TeXシステムの中から\newtheoremなどの定義を探して，プレアンブルで再定義すればよいでしょう．