Торфяные почвы характеризуются высокой теплоемкостью и низкой теплопроводностью. Если удельная теплоемкость минеральных почв в абсолютно сухом состоянии составляет 0,7123—0,838 Дж/(кг-К), то с увеличением влажности почвы она возрастает в песчаных почвах до 2,933 Дж/(кг-К), глинистых — 3,352 Дж/(кг-К), торфяных — до 3,771 Дж/(кг-К). Температуропроводность воздуха составляет 0,000246 см2/с, воды —0,005576 см2/с, торфа — 0,001107 см2/с, гранита — 0,03362 см2/с.
В торфяных почвах и после осушения остаются огромные запасы влаги. Чем больше влаги удерживает почва, т. е. чем выше ее влагоемкость, тем больше ее теплоемкость и требуется больше тепла на ее прогревание. Поэтому торфяные почвы относятся к холодным.
Летом торфяные почвы на глубине 10—20 см в среднем на 7...8°С холоднее зональных минеральных почв легкого механического состава. Мелиорированные торфяные почвы холоднее своих целинных аналогов. В летний период (июнь, июль) наибольшая разность температур на поверхности целинных и освоенных почв достигает 8...10°С, а на глубине 15 см 2...3 °С. Освоение почв приводит к ухудшению их теплового режима. В табл. 70 приводится температурный режим целинной и освоенной торфяных почв Белоруссии.
Тепловой режим почв зависит от широтного местоположения торфяников. Сумма биологически активных температур в почве на глубине 20 см составляет в северной тайге 700—800°, в средней 1000—1200°, в Белорусском и Украинском Полесье 2000°. Глубина промерзания торфяных почв зимой зависит от температуры воздуха в холодное время года, высоты снежного покрова и обводненности почвы.

На европейском Севере России и особенно на северо-востоке и в Северной Сибири в годы с морозными и малоснежными зимами торфяные почвы промерзают на глубину 0,8—1 м. Исключение составляют торфяные почвы Мурманской области, которые из-за относительной мягкости зимы и ее многоснежности, вызванных влиянием Гольфстрима, промерзают на меньшую глубину. Глубина промерзания торфяников в центральных районах Нечерноземной зоны России составляет 0,4 м.
Уменьшение жидкой и увеличение газообразной фазы в мелиорированных почвах приводит к еще большему снижению теплопроводности торфа. Поэтому мелиорированные почвы промерзают на большую глубину, чем их целинные аналоги. Освоенные почвы в районе от Ленинграда до Москвы промерзают на глубину 0,6—0,7 м.