三九天是指冬至计算的第三个寒冷的日子，是一年中最寒冷的时期。具体计算方法是以冬至计算为起点，每九天计算一个九天，第一个九天称为19天，第二个九天称为29天，第三个九天称为39天。所谓的三伏热，三九冷，一年中最冷的时间是三九天到四九天。
数九寒天，从冬至逢仁日(干支纪日)算起，每九天算一九，直到九九八十一天，九尽桃花开，此时寒气已尽，天气暖和。冬至过后通常会出现冬季最冷的时期。入冬后，说到冬天，并不意味着冬天开始变冷，所以下半年地表储存的热量还是有一定的能量的，所以不是很冷。民间有十月小阳春的说法，十月小阳春是指孟冬时期的阳光明媚、温暖舒适的小阳春天气。因此，事实上，初冬（孟冬）一般不会很冷，但随着时间的推移，冷空气经常南下，气温逐渐下降。冬季所谓三九四九冷，冬至前一般不会很冷，真正的寒冷是在冬至后，尤其是三九天，四九天。
冬至期间，白天最短，阳光直射角度和地面夹角最小，单位面积的阳光强度最小。因此，地面每天获得的太阳热量最少，地面日热收支逆差尚未达到最大值。冬至过后，虽然白天增长越来越多，但增长速度非常缓慢。从冬至到39，平均每天只增加一分钟左右。同时，阳光直射角度和地面夹角的增加也非常缓慢。
地面日热量收支仍处于逆差状态，因此热量继续流失，地温继续下降。地面总热量收支逆差仅在39、49期间达到最大值。由于空气温度主要受地温影响，39、49期间气温最低。此外，在39前后，西伯利亚的冷空气团也发展到了极其强大的阶段，强冷空气的频繁入侵也是低温的原因之一。
