三九天是一年中最寒冷的时期。"热在三伏，冷在三九"这句俗语形象地描述了这一时段的特殊寒冷。从冬至那天开始，每过九天就是一个"九"，一直数到第九个"九"，总共81天，这时天气就逐渐转暖了。这个过程中，人们常用"九九又一九，耕牛遍地走"来描述，"九九"之后，春意渐浓，春耕也开始了。

冬至那天，白天最短，太阳直射地面的角度最小，导致单位面积的地面接收到的日照强度最小，因此每天从太阳获得的热量最少。尽管之后白天会逐渐变长，但增长的速度很慢，冬至到"三九"期间，平均每天只增加大约一分钟的光照时间，太阳直射角度的增加也很缓慢。因此，在这段时间里，地面每天的热量支出仍然超过收入，导致地温继续下降。到了"三九"和"四九"，地面热量收支逆差达到最大，气温因此降至全年最低。

此外，在"三九"前后，西伯利亚地区的冷气团也达到一年中最强盛的状态，频繁的冷空气入侵也是导致气温低迷的重要原因之一。