低溫生物學是生物學的一個分支，研究低溫對地球冰凍圈或科學中的生物的影響。 低溫生物學一詞源自希臘語單詞 κρ?ο? [kryos]、冷、βιο? [bios]、生命和 λ?γο? [logos]、單詞。 實際上，低溫生物學是在低于正常溫度的情況下研究生物材料或系統。 研究的材料或系統可能包括蛋白質、細胞、組織、器官或整個生物體。 溫度范圍可以從適度低溫條件到低溫溫度。

至少可以確定低溫生物學的六個主要領域：1) 微生物、植物（耐寒性）和動物（包括無脊椎動物和脊椎動物（包括冬眠））的冷適應研究，2) 細胞、組織、配子和 出于（醫療）目的，通過冷卻至低于水的冰點的溫度進行長期儲存的動物和人類胚胎。 這通常需要添加在冷凍和解凍過程中保護細胞的物質（冷凍保護劑），3）在移植的低溫條件下保存器官，4）藥物凍干（冷凍干燥），5）冷凍手術，一種（微）侵入性 使用低溫氣體/流體破壞不健康組織的方法，以及 6) 應用于生物系統的過冷物理、冰核形成/生長以及冷卻和加熱過程中傳熱的機械工程方面。 低溫生物學將包括人體冷凍法，人類和哺乳動物的低溫保存以期在未來復興，盡管這不是主流低溫生物學的一部分，很大程度上取決于尚未發明的推測技術。 其中一些研究領域依賴于低溫學，這是物理學和工程學的一個分支，研究極低溫的產生和使用。

許多生物體能夠在低于水的冰點的溫度下長時間耐受。 大多數生物體都會積累抗凍蛋白、多元醇和葡萄糖等冷凍保護劑，以保護自己免受尖銳冰晶的凍害。 特別是大多數植物可以安全地達到 ?4 °C 至 ?12 °C 的溫度。

據報道，三種細菌，即更新生肉桿菌、格陵蘭金黃桿菌和冰赫米尼單胞菌，在冰中冷凍數千年后得以復活。 在大約 ?2 °C 時迫使各種水果和植物表面結冰。 冷凍會導致上皮細胞受損，并使底層植物組織中的營養物質可供細菌使用。 李斯特菌在低至 -1.5 °C 的溫度下生長緩慢，并在冷凍食品中持續存在一段時間。

許多植物都會經歷一個稱為硬化的過程，這使它們能夠在 0°C 以下的溫度下存活數周至數月。

可在 0°C 以下存活的線蟲包括 Trichostrongylus colubriformis 和 Panagrolaimus davidi。 蟑螂若蟲 (Periplaneta japonica) 能在 -6 至 -8 °C 的短期冷凍條件下存活。 紅色扁平樹皮甲蟲 (Cucujus clavipes) 在冷凍至 -150 °C 后仍能存活。 真菌蚊蚋 Exechia nugatoria 可以在冷凍至 -50°C 后存活，這是通過一種獨特的機制在身體而不是頭部形成冰晶。 另一種耐凍甲蟲是 Upis ceramboides。 參見昆蟲冬季生態學和抗凍蛋白。 另一種可以短暫耐受低至 -273 °C 溫度的無脊椎動物是緩步動物。

扭曲血矛線蟲（一種線蟲）的幼蟲可以在 -196 °C 的冷凍條件下存活 44 周。

對于林蛙 (Rana sylvatica)，在冬天，多達 45% 的身體可能會凍結并變成冰。 冰晶在皮膚下形成并散布在身體的骨骼肌中。 在凍結期間，青蛙的呼吸、血液流動和心跳停止。 特殊的蛋白質和葡萄糖使冷凍成為可能，它們可以防止細胞內冷凍和脫水。 在 -4 °C 的冷凍條件下，林蛙最多可存活 11 天。

其他可在低于 0°C 的體溫下存活的脊椎動物包括彩龜 (Chrysemys picta)、灰樹蛙 (Hyla versicolor)、沼蛙 (Rana arvalis)、箱龜 (Terrapene carolina - 48 小時在 -2°C)、春季 窺視器（Pseudacris crucifer）、吊帶蛇（Thamnophis sirtalis - 在 -1.5 °C 下 24 小時）、合唱蛙（Pseudacris triseriata）、西伯利亞蠑螈（Salamandrella keyserlingii - 在 -15.3 °C 下 24 小時）、歐洲普通蜥蜴（Lacerta vivipara） ) 和南極魚，如 Pagothenia borchgrevinki。 從這些魚中克隆的抗凍蛋白已被用于賦予轉基因植物抗凍性。