冷害会使冷敏感植物的膜的形态发生改变，从液晶相变为凝胶相，膜出现裂缝，透性增大，受害组织离子外渗，破坏原来的离子平衡。使结合在膜上的酶系统活性降低，有机物分解占优势，此外，冷不敏感植物叶片在冷害温度下会产生光抑制，损害光合机构；冷害还会使细胞内自由基增多，从而SOD等保护酶系统被破坏，于是累积许多有害的过氧化产物。自由基破坏膜结构，损伤大分子生命物质，引起一系列生理生化紊乱，导致植物死亡。
冻害首先是损伤细胞的膜结构，从而引起酶活性改变，生理生化过程就被破坏。破坏细胞的新陈代谢过程，最后导致死亡。此外，细胞在零下低温会结冰，分为细胞间结冰和细胞内结冰。冰晶体会破坏生物膜、细胞器和胞质溶胶的结构，使亚显微结构的区室化被破坏，酶活动无秩序，影响代谢。
