由於南極海拔高，空氣稀薄，再加上冰雪表面對太陽輻射的反射等，使得南極大陸成爲世界上最爲寒冷的地區，其平均氣溫比北極要低20攝氏度。南極大陸的年平均氣溫爲負25攝氏度。南極沿海地區的年平均溫度爲零下17至零下20攝氏度左右；而內陸地區的年平均溫度則爲零下40至零下50攝氏度；東南極高原地區最爲寒冷，年平均氣溫低達負53攝氏度。地球上觀測到的最低氣溫爲攝氏負93.2攝氏度，這是2010年8月美國記錄到的，在這樣的低溫下，普通的鋼鐵會變得像玻璃一般脆；如果把一杯水潑向空中，落下來的竟然是一片冰晶。南極的寒冷首先是與它所處的高緯度地理位置有關，由於高緯度地理位置，導致了在一年中漫長的極夜期間沒有太陽光。同時，與太陽光線入射角有關，緯度越高，陽光的入射角越小，單位面積所吸收的太陽熱能越少。
