Установлено (М. В. Жеребкип), что пчелы, идущие в зиму, тяжелее летних; в их теле содержится повышенное количество резервных азотистых веществ, жира и гликогена, биохимическое строение клеток и тканей изменяется в сторону повышения холо­достойкости организма. Главным местом скопления резервных веществ является жировое тело пчелы; в его гранулах появляются жиробелковые соединения, которые исчезают весной в начале выращивания расплода. Особенно много белка откладывается у зимних пчел в жировом теле брюшка (больше на 32—48 %) и головы (на 11—30 %). Между количеством белка, содержа­щимся у пчел осенью, и зимостойкостью семей наблюдается пря­мая зависимость.

Количество жира в голове и груди пчелы возрастает у зимних пчел в 5—7 раз, в брюшке — в 2 раза. Количество гликогена увеличивается в груди на 69 %, в брюшке — на 85 %. У северных  пчёл жира и гликогена откладывается в теле больше, чем у южных, что связано с большей их приспособленностью к длительной и более суровой зиме. У зимних пчел увеличивается и содержание в теле глюкозы и фруктозы.

У зимних пчел изменяется и тип дыхания. Если у летних пчел основные процессы образования тепла совершаются под воз­действием ферментов оксидаз, разлагающих в клетках тела сахара с использованием кислорода воздуха, то у зимних — возрастают процессы обмена веществ под влиянием ферментов дегидратаз, которые используют кислород, связанный с жиром, накопленным в теле пчел с осени. Смена типа дыхания связана с большим скопле­нием пчел (в клубе), где затруднена активная вентиляция и сво­бодный доступ кислорода. Благодаря общественному образу жизни пчелы могут в течение всей зимы пополнять потребность в сахаре из медового зобика.

В заднем отделе кишечника у зимних пчел повышается актив­ность фермента каталазы, играющего большую роль в окислитель­ных процессах организма и в консервировании экскрементов, на­капливающихся в течение зимы. Активность каталазы значительно выше у зимних пчел, чем у летних, и она возрастает по мере на­копления экскрементов в задней кишке пчелы. У слабозимостой­ких южных пчел защитный механизм в задней кишке выражен слабее, чем у более зимостойких северных пчел. Более высокая активность каталазы снижает отход пчел и степень загрязненности гнезд к весне.

У зимующих пчел поколения снижается содержание свободной воды в клетках тела (вода из свободного состояния переходит в связанное). Свободная вода, замерзая, разрушает структуру кле­ток, и насекомое погибает. В связанном же состоянии она не за­мерзает, клетки тела сохраняются, в них продолжается замедлен­ный обмен веществ с использованием резервов питательных ве­ществ. Содержание воды у пчел летней генерации 67—69 %, осенней — 63—65 %. Уменьшение свободной воды снижает актив­ность жизненных процессов у пчел. У северных зимостойких пчел снижается уровень воды в большей мере, чем у южных. Существует тесная зависимость между снижением сво­бодной воды в теле пчел и успешностью их зимовки. Весной, с на­чалом активной жизни пчел, количество свободной воды возра­стает, и степень этого возрастания показывает потенциальную активность перезимовавших пчел.

Хотя пчелы пребывают всю зиму в условиях плюсовых тем­ператур (даже на периферии клуба она не опускается ниже 6 °С тепла), но уровень температуры среди пчел недостаточен для активного действия пищеварительных ферментов, разлагающих питательные вещества пыльцы. Поэтому зимой, до появления ранневесеннего расплода и повышения температуры в клубе, пчелы не потребляют  пыльцы.

Накопление резервных веществ в теле пчелы отражается и на ее общей массе. Летние пчелы (без кишечника) имеют среднюю  массу 62—70 мг, зимние — 70—84 мг. Сухая масса летних пчел 19—21 мг, идущих в зиму — 23—27 мг. По массе пчел осенней генерации можно судить о степени физиологической подготовлен­ности к зимовке.

Пчёлы приобрели способность не выделять экскрементов в тече­ние всей зимы, несмотря на систематическое питание. Они очень полно усваивают сахара меда, а складчатое строение толстой задней кишки позволяет значительно увеличивать ее объем и удер­живать содержимое до весеннего облета.