薄膜低温
冻害是指冰点以下的低温在生物体内(细胞内和细胞间隙)形成冰晶而造成的伤害。冰晶的形成会使质膜破裂，使蛋白质失活和变性。当温度不低于-3℃或-4℃时，植物受到的伤害主要是细胞膜破裂；当温度下降到-8℃或-10℃时，植物受到的伤害主要是生理干燥和水化层的破坏。动物对低温的耐受极限(临界温度)因物种而异，少数动物能耐受一定程度的机体冷冻，这是动物避免低温伤害的一种适应性方式。比如摇蚊可以在-25℃的低温下多次冷冻存活，保命。但一些潮间带动物在-30℃的低温下暴露数小时后，虽然体内90%的水分被冻结，但冰晶一般只出现在细胞外，融化后又恢复正常。动物避免低温伤害的另一种适应性方式是过冷的存在，这种现象最早发现于昆虫。当昆虫的体温降到冰点以下时，体液并没有冻结，而是处于过冷状态。此时有短暂的冷昏迷但无生理障碍。如果环境温度升高，昆虫仍能恢复正常活动。当温度持续下降到过冷点(临界点)时，体液开始冻结，但冻结过程中释放的潜热会使昆虫体温反弹。当潜热完全耗尽时，体液开始冻结，昆虫就会死亡。昆虫的过冷却点根据昆虫的种类、虫态、生活环境和内部生理状态的不同而不同。叶蜂越冬时，冷到-25℃或-30℃而不死亡，并能通过分泌甘油进一步降低体液冰点。在冬季，马蜂体内甘油浓度可达30%，可使体液冰点降至-17.5℃，甚至降温至-47.7℃而不结冰。
生物对低温环境的适应。长期生活在低温环境中，通过自然选择，在形态、生理和行为上表现出许多明显的适应。从形态上看，北极和高山植物的芽和叶往往受到油脂的保护。芽有鳞，植株表面有蜡粉和密毛。植株矮小，常呈匍匐状、垫状或莲座状，有利于维持高温，缓解严寒的影响。生活在高纬度地区的温血动物，往往比生活在低纬度地区的同类个体更大，因为大型动物单位重量的散热量相对较小，这就是伯格曼定律。此外，温血动物身体的突出部位，如四肢、尾巴、外耳等，在低温环境下往往会变小变短，这也是一种减少散热的形态适应。这种适应通常被称为艾伦定律，比如北极狐、赤狐和非洲大耳狐的耳壳大小变化。温血动物的另一种形态适应是在寒冷地区和寒冷季节增加毛发和羽毛的数量和质量或增加皮下脂肪的厚度，从而提高身体的保温性能。
生理上，生活在低温环境中的植物往往通过降低细胞内的含水量，增加细胞内的糖、脂肪、色素等物质，来降低植物的冰点，增加抗寒能力。比如鹿蹄草，通过在叶细胞中储存大量的五糖、粘液等物质来降低冰点，可使其冻结温度降至-31℃。此外，极地和高山植物在可见光谱中的吸收波段更宽，可以吸收更多的红外线。冬季，虎耳草等耐寒植物的叶片由于叶绿素的破坏和其他色素的增加而变红，有利于吸收更多的热量。动物可以通过增加体内产热来提高自身的抗寒能力，维持恒定的体温，但寒冷地区的动物由于皮毛具有良好的保温性，往往可以在代谢产热增加很少或没有增加的情况下维持恒定的体温。