Как и многие другие виды насекомых, зимующих в местах, относительно хорошо защищенных от действия низкой зимней температуры и резких ее колебаний, колорадский жук не обладает высокой холодоустойчивостью.
Полевые наблюдения многих авторов позволяют думать, что зимующие жуки хорошо переносят низкие температуры в местах зимовки. Однако сведения о размерах холодоустойчивости жуков противоречивы. Так, в опытах Кайраши и Гризона 100%-ная смертность жуков наблюдалась только после пребывания их при температуре —8,0° в течение трех суток, в то время как, по данным Лейба, действие температур в пределах —5,1 — 5,5° вызывает гибель жуков уже после 6—8-часовой экспозиции. Измерения температуры переохлаждения у зимующих жуков, проведенные Мейлом и Солтом, показали, что для них характерна очень высокая изменчивость этого показателя (от —4,3° до —11,6°). Авторы пришли к выводу, что колорадский жук во время зимовки не выдерживает замерзания, и действие на них температуры ниже точки максимального переохлаждения приводит жуков к гибели.
Преобладающее большинство насекомых зимует в состоянии переохлаждения и для них большое значение имеет не только уровень понижения температуры окружающей среды во время зимовки, но и продолжительность ее действия. Низкая температура, не оказывающая вредного влияния при малых экспозициях, при более длительном действии может привести организм к гибели.
Опыты, проведенные с зимующими жуками в Закарпатье, показали, что температуру, близкую к зоне их максимального переохлаждения, жуки переносят вполне благополучно; даже после длительного воздействия (7 суток) на них температурой — 3 —5° у большей части жуков наблюдалось полное восстановление жизненных функций. Действие на жуков более низкой температуры (—9—11°) вызывало гибель жуков уже после 9-часовой экспозиции, смертность их колебалась в разные месяцы от 50 до 100%.
Существует несколько теорий, объясняющих причины гибели растений и животных от низких температур. Замерзание клеток и тканей, сопровождающееся образованием кристаллов льда и нарушением целостности тканей, для большинства видов насекомых смертельно, в их тканях происходят необратимые явления, приводящие к гибели организма. Однако смерть организмов вследствие действия отрицательных температур не обязательно вызывается замерзанием. При длительном действии на организм температур, близких к температуре переохлаждения, смерть наступает в результате нарушения физиологических функций организма. Причина гибели жуков при разных температурных режимах, использованных в опытах, по-видимому, неодинакова. При вскрытии жуков, подвергшихся действию температур разной интенсивности (—3—5° и —9—11°), у всех оставшихся в живых особей, независимо от действующей температуры, обнаружено глубокое нарушение кровообращения. Если у диапаузирующих жуков, взятых из природы, количество сокращений спинного сосуда достигало 60—65 уд/мин, то у таких же жуков, подвергшихся действию низкой температуры, оно уменьшалось до 7—8 уд/мин. У особей, взятых из варианта с температурой —9—11°, кроме нарушения деятельности сердца, обнаружены также и механические повреждения тканей. Клетки жирового тела, особенно в его периферийной части, были сильно разрушены.
Отсутствие механических повреждений тканей и нарушение деятельности сердца у жуков из варианта с температурой —3—5° позволяет предположить, что при действии этой температуры смерть жуков вызывалась главным образом дискоординацией процессов метаболизма, а причиной гибели жуков в варианте с более низкой температурой (—9—11°) явилось их замерзание.
У видов, населяющих умеренную климатическую зону, со сменой времен года отмечена сезонная изменчивость холодоустойчивости. Осенью, с наступлением холодов, холодоустойчивость повышается, а весной она падает. Как у многих других изучавшихся насекомых, у колорадского жука устойчивость к низким температурам изменяется в течение зимовки. В опытах Журавлева в ноябре уже после 2-часовой экспозиции при температуре —5—6° 90% жуков погибло, а в январе, после 7-часовой экспозиции при более низкой температуре (5,8—8,2) мертвые жуки составили всего 60%. В отличие от открыто зимующих видов, у которых устойчивость к низким температурам повышается постепенно, достигая максимума к наиболее холодному периоду зимы, у колорадского жука отмечено два периода повышенной холодоустойчивости. Первый период наблюдается в сентябре — октябре, когда жуки находятся в состоянии глубокой диапаузы и связан с ее физиологическими механизмами, в частности с подавлением метаболизма в его аэробной части; второй период отмечен в январе — феврале, когда диапауза у жуков заменяется менее глубоким состоянием покоя — олигопаузой. К этому времени в теле зимующих жуков заканчиваются специфические биофизические и биохимические перестройки (увеличение количества редуцирующих веществ, в частности глюкозы, содержания непредельных жирных кислот, образование глицерина и др.), ведущие к повышению холодоустойчивости. В конце ноября — декабре устойчивость жуков к низким температурам уменьшается, и этот отрезок времени, от окончания зимней диапаузы до приобретения жуками Холодовой закалки, является для этого вида критическим. Именно в это время наблюдается 2-й период высокой смертности зимующих в почве жуков. В марте, с повышением температуры почвы, холодоустойчивость колорадского жука постепенно снижается, достигая минимума в мае, после выхода жуков из почвы, с начала их питания.
Колорадский жук зимует в почве на достаточно большой глубине и, как правило, не подвергается действию очень низких температур. По мнению Венгорека, для жуков во время зимовки губительны не отрицательные зимние, а положительные весенние температуры, которые, стимулируя пробуждение жуков, недостаточно высоки для того, чтобы жуки могли покинуть почву. Значительную гибель жуков, зимующих на глубине до 10 см, вызывают резкие колебания температуры, попеременное оттаивание и замерзание слоев почвы, где они находятся.
Отрицательное влияние низких температур усиливается высокой влажностью почвы. При разной температуре и экспозиции смертность жуков во время зимовки во влажной почве в два раза выше, чем в почве с низкой влажностью. Влажностью почвы определяется часто и глубина залегания жуков на зимовку, так же как и вертикальные передвижения их в почве, что не может не сказаться на выживаемости их во время зимовки.