因为地球自转轴以一定角度倾斜，绕太阳公转时便有了冷热更迭的四季变化。但是，在中国大部分地区，全年最冷、最热的时段，不是全年太阳高度最低（太阳辐射最弱）和最高（太阳辐射最强）的冬至和夏至，而往往会后延，也就是谚语所说的“冷在三九、热在三伏”。
“三九”是指从冬至日开始数，数到第三个九日，大体在1 月的9—17 日。“三伏”时间每年不同，一般头伏在7 月中下旬，中伏在7 月下旬和8 月上旬之内，末伏在8 月中旬前后。
为什么全年最冷、最热的时段会后延到“三九”和“三伏”？
这是因为气温的升降变化，不仅取决于热量的收入，还要取决于地面向太空辐射热量的支出。当两者达到平衡后，气温才能掉头上升或降低。虽然夏至后地面得到的太阳辐射开始减少，但仍大于支出，直到收支达到平衡（“三伏”）之前，气温仍然保持上升。同样，冬至到“三九”之间，气温也因地面热量仍支出大于收入而继续下降，直到“三九”后才开始上升。
但是，这个经验也有区域局限性。中国大陆上确实主要热在中伏和头伏，但沿海地区（海岸30 ～ 50 千米内）和岛屿则热在末伏。云南地区最热的时间甚至出现在雨季之前的5月，那时离入伏还有2 个月之久。到了已近赤道的南沙群岛，“ 三伏”期间反是全年两个最凉季节之一，虽然那里全年气温变化本身很小。所以，“热在三伏”并不是“热在第三伏（末伏）”，也不是“热在全部三个伏”，而主要是“热在中伏”。说“热在三伏”只是为了和“冷在三九”对仗，好记罢了。
沿海及岛屿“热在末伏”的原因，是因为海水热容量比陆地土壤大，春夏季中升温速度慢，所以达到热量收支平衡、出现最高气温也晚。以山东为例，内陆的德州全年最热在7 月下旬，而同纬度山东半岛尖上的成山头却晚至8 月中旬。
同样道理，沿海岛屿的全年最冷时段按理也应后延。可奇怪的是，成山头仍然基本上“冷在三九”。原来，这是因为冬季中从西伯利亚南下的冷空气太强大了，北方沿海难显这种海洋调节。一直要到长江以南才开始显现，例如上海以东，东海中的嵊泗列岛，最冷在2 月上旬。
但即使在“冷在三九，热在中伏”的地区里， 也有少数年份并非如此。1959 年8 月的18—24 日，长江中下游地区出现连续7天历史罕见（当然也是1959年全年最热）的高温天气，例如武汉日平均气温高达32.4 ～ 33.4℃，造成许多人中暑。这就是著名的“秋老虎”。相反，1978年梅雨期特短，伏旱期提前，例如杭州7月上旬的平均气温为32.9℃，午后最高气温在39℃左右，是历史罕见的高温天气。这就是气象部门所说的“空梅热”。