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Le long hiver arctique est une période critique pour les lemmings, qui, contrairement à de nombreux rongeurs de la zone tempérée, n'hibernent pas. Il est étonnant que ces petits animaux à sang chaud puissent demeurer actifs durant tout l'hiver arctique sans mourir de froid. La petitesse de leurs appendices (oreilles, pattes et queue) est une adaptation visant à réduire la perte de chaleur, et leur pelage est plus épais en hiver qu'en été. À l'approche de l'hiver, les lemmings construisent à la surface du sol de gros nids circulaires faits de laîche et d'herbes finement déchiquetées, qui leur offrent une isolation supplémentaire lorsqu'ils ne sont pas partis à la recherche de nourriture. La neige offre une isolation essentielle aux lemmings, qui s'alimentent dans l'espace subnival (" sous la neige ") formé entre le sol et la neige et qui ne sortent presque jamais à la surface. Dans L'Extrême Arctique, sans être exactement chaudes (-25°C), les températures à l'interface sol neige sont quand même plus tolérables que celles qui règnent sur la couche de neige, et cet écart est critique pour la survie des lemmings.
Reproduction
Les mâles comme les femelles peuvent s'accoupler quelques semaines après leur naissance. La proportion de lemmings qui se reproduisent durant l'été suivant leur naissance varie fortement d'une année à l'autre, et semble reliée à la densité de population. Après un an, une femelle est capable de produire trois portées même durant le court été arctique, mais il est rare que cela se produise. La durée de la saison estivale de reproduction dépend de la densité démographique. Si la population est faible, la reproduction se poursuit jusqu'en septembre, mais quand les lemmings abondent, ils peuvent arrêter de s'accoupler en juillet.
Il leur arrive de se reproduire en hiver, mais les ruts estival et hivernal sont toujours espacés de pauses au printemps et à l'automne. On ignore encore totalement comment un si petit mammifère, déjà sous l'effet d'un grave stress thermique, peut trouver assez d'énergie pour s'accoupler en plein hiver arctique, et quels facteurs déterminent le moment de cette reproduction hivernale.
Fluctuations de population
On connaît depuis longtemps les fluctuations énormes des populations de lemmings, qui semblent culminer tous les quatre ans environ. En outre, les populations sont nombreuses sur un immense territoire : 1960, par exemple, s'est avérée une "année à lemmings" dans presque tout l'Arctique canadien. Une foule de raisons ont été avancées pour expliquer ces cycles, depuis la modification du nombre de taches solaires jusqu'aux conditions d'enneigement. Malheureusement, on a pas encore étudié suffisamment en détail le rôle de la couverture neigeuse pour prouver son rôle dans le cycle de population. On sait toutefois que, dans l'île Devon, les lemmings variables se sont reproduits durant l'hiver 1972-1973, où la température subnivale est tombée sous les -20°C, et qu'il y a eu culmination de la population au printemps suivant.
Le cycle démographique se distingue par l'extrême faiblesse des populations au " bas " du cycle. Même si plusieurs espèces de petits rongeurs vivant en climat tempéré présentent également des pics d'abondance à peu près tous les quatre ans, et que certaines d'entre elles atteignent alors des densités beaucoup plus élevées que les lemmings, aucune ne peut rivaliser avec le dépeuplement extrême des lemmings à leur seuil minimal démographique. Une rareté aussi grande fait craindre l'extinction. Cependant, ce "goulet d'étranglement" démographique a probablement pour effet de favoriser fortement les individus les mieux adaptés à la survie dans le rude milieu arctique. Ce cycle à peu près quadriennal peut être une façon pour la sélection de marcher de pair avec les changements qui se produisent continuellement dans l'Arctique.
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