تعرف العصور الجليدية بأنها فترات طويلة تنخفض فيها درجات الحرارة العالمية، فتتمدد الصفائح الجليدية وتغطي مساحات واسعة من القارات. وتشير الأدلة إلى أن آخر ذروة للعصر الجليدي حدثت قبل نحو ٢٠,٠٠٠ سنة، ثم أدى ذوبان الجليد تدريجيًا إلى ارتفاع مستوى البحار وتشكيل كثير من السواحل الحالية. كما شهدت الأرض فترات باردة أقصر مثل العصر الجليدي الصغير الذي أثر في أجزاء من العالم بين القرنين الخامس عشر والتاسع عشر.

يتشكل الصقيع عندما تنخفض درجة حرارة الأسطح إلى ما دون درجة التجمد، فيتحول بخار الماء مباشرة إلى بلورات جليدية دون المرور بالحالة السائلة، أو يتجمد الندى المتكون سابقًا. وتغطي هذه البلورات النباتات والأجسام بطبقة بيضاء قد تبدو جميلة، لكنها قد تسبب أضرارًا كبيرة للمحاصيل الزراعية الحساسة لانخفاض درجات الحرارة.

تنخفض درجات الحرارة في القارة القطبية الجنوبية إلى قيم متدنية للغاية، إذ تصل في بعض المناطق إلى نحو -٣٥ درجة مئوية. تشير هذه القيم إلى برودة شديدة تسود أجزاء من القارة، ويعكس انخفاض درجة الحرارة عوامل مناخية مثل تعامد أشعة الشمس خلال فترات الانقلاب القطبي بالإضافة إلى التوزيع الجغرافي والارتفاع عن سطح البحر، ما يجعل المناخ في القارة القطبية الجنوبية من أبرد المناخات على سطح الأرض.

الحرارة المحسوسة كمية الحرارة التي تغيّر درجة حرارة مادة دون تغيير طورها، وتُميّز عن الحرارة الكامنة المستهلكة أثناء تغير الطور دون رفع في الدرجة. مثلاً رفع ١ رطل ماء من ٦٠° ف° إلى غليان ٢١٢° ف° يتطلب ١٥٢ وحدة حرارية بريطانية BTU، ثم تبخيره يحتاج نحو ٩٧٠ BTU، فمجموع التسخين والتبخير من ٦٠° ف° حوالي ١١٢٢ BTU (~١١٨٣ كج).

تنخفض درجة حرارة الهواء في طبقة التروبوسفير كلما ازداد الارتفاع بمعدل يقارب ٦.٥ إلى ٧ درجات مئوية لكل كيلومتر في المتوسط، حتى تصل إلى منطقة تُعرف بالتروبوبوز، ثم يتغير نمط درجات الحرارة في الطبقات الأعلى. وتختلف هذه التغيرات بين طبقات الغلاف الجوي بسبب اختلاف امتصاص الإشعاع الشمسي وتركيب الغازات، ولذلك تتميز كل طبقة بخصائص حرارية مختلفة عن الأخرى.