三九日是冬至壬日以来的第三个寒天，是一年中最冷的时期。 具体计算方法是：以冬至为壬日为起点，每“九日”数一“九”，前九日为“一九”，后九日为“二九”，第三九日为“三九”。 “热三伏，冷三九”是一年中最冷的时间段是“三九天”到“四九天”。

“寒天”是指从冬至壬日(干支纪日)开始数，每九天数“九”，接着数“九九”就是八十一天，即“九尽桃花开”。 这时，寒气彻骨，天气变暖了。 冬天最冷的时候一般出现在冬至之后。 表示立冬后进入了冬天。 进入冬天并不是就开始寒冷。 因此，地表下半年积蓄的热量还有能量，所以还不冷。 民间有“十月小阳春”一词，“十月小阳春”是指孟冬期间出现的风和日丽温暖舒适的“小阳春”，实际上初冬(孟冬)时期并不算冷，但随着时间的推移，冷空气频繁南下，空气流通在冬季，人们称之为“寒冷三九天和四九天”，到冬至通常不那么冷。 真正冷的是冬至之后，特别是“三九天”、“四九天”。

冬至时期，白天最短，阳光直射角度与地面最小，单位面积地面受到的太阳辐射强度最小，因此地面每天得到的太阳热量最少，地面日热量收支逆差尚未达到最大值。 冬至以后，白天日益增长，但增长速度缓慢，冬至到“三九”的时期，平均每天只增长约1分钟。 另外，阳光直射的角度与地面所成的角度的增加也很缓慢。

地面日热量收支仍处于亏损状态，继续失去热量，地温持续下降。 地面总热量收支赤字在“三九、四九”时段才达到最大值。 由于空气温度主要受地温的影响，“三九、四九”时段气温最低。 “三九”前后，西伯利亚地区冷空气团也发展到强大的阶段，强冷空气频繁入侵也是造成气温下降的原因之一。