植物对低温的应激是一个复杂的过程，包括低温信号的感受、信号转导和转录调控等阶段。低温时，质膜流动性降低，细胞可以通过质膜上的钙离子通透性通道、组氨酸激酶、受体激酶和磷酸酯酶等各种感受器而感知低温，并通过不同的信号传导途径最终激活相关基因表达。已发现的植物体内具有抗冻作用的物质主要有抗冻蛋白、脯氨酸、SOD等，这些物质起到抑制冰晶生成、维持渗透压平衡及抗氧化等相关作用，最终达到维持细胞膜系统稳定性和酶活性的目的，从而增强了植物在低温下的耐受性。

植物体内的水分有普通水和结合水两种。所谓“结合水”，仅仅看其化学组成，和普通水没有太大的区别，只是普通水的分子排列顺序相对凌乱，可以到处流动，而结合水的分子却在植物组织周围排列得十分整齐，和植物组织亲密地“结合”在一起。令人难以相信的是，化学家发现，其实结合水的性质和普通水的区别很大，比如普通水在摄氏零度就开始结冰，但结合水却比普通水的结冰温度低得多。寒冷的冬天，植物体内减少的只是普通水，而结合水的量却保持不变，这样结合水所占的比例反而提高了。由于结合水的结冰温度要比摄氏零度低得多，因此耐寒植物当然就可以在严冬中傲视冰霜了。