Die Winter können in Deutschland sehr kalt werden. Deswegen gibt es nur ganz wenige Schmetterlingsarten, welche als voll entwickelte Falter bei uns überwintern. Der Zitronenfalter gehört dazu. Was ihn aber von den anderen Arten unterscheidet, ist die Art der Überwinterung. Während der Kleine Fuchs, das Tagpfauenauge oder der C-Falter zur Überwinterung frostgeschützte Orte wie Dachböden, Scheunen, Keller oder Industrie- und Wohngebäude aufsuchen, bleibt der Zitronenfalter in der „freien Natur“. Er versteckt sich im Spätherbst lediglich im Brombegestrüpp oder unter Efeuzweigen. Manchmal sitzt er auf Zweigen oder im trockenen Laub auf dem Boden. Dann verbringt er in seinem „Versteck“ die Wintermonate

Dabei fällt er in die sogenannte „Winterstarre“. Damit er auch Frostnächte und -tage überleben kann, scheidet er alle Körperflüssigkeit, die er nicht benötigt aus – und produziert ein spezielles „Frostschutzmittel“, das vor allem aus Glycerin und anderen Stoffen besteht. Der Stoffwechsel wird stark zurückgefahren. Dadurch wird verhindert, dass seine Körperzellen durch den Frost geschädigt oder zerstört werden. So kann er – zumindest kurzfristig – problemlos Temperaturen bis -20° C. aushalten. Es macht ihm auch nichts aus, wenn er in seinem Versteck völlig mit Schnee bedeckt wird. Ab Ende März-Anfang April wird er dann wieder aktiv und beginnt sofort mit der Nahrungssuche. Dabei findet man ihn häufig auf den Taubnesseln, die schon im zeitigen Frühjahr in recht großen Beständen blühen. Und der Zitronenfalter kommt mit seinem langen Rüssel problemlos an die Nektar-Vorräte in den Lippenblüten heran. Im April und Mai geht er dann auf die Suche nach Weibchen, die ebenfalls überwintert haben. Der männliche Zitronenfalter besucht hier gerade eine Rote Taubnessel. Das Männchen ist auffallend gelb gefärbt. Ein weiteres Merkmal sind die braunroten Punkte auf den Vorder- und Hinterflügeln. Typisch sind auch die ausgezogenen Flügelspitzen. Im Gegensatz zu vielen anderen Schmetterlingsarten sieht man ihn kaum mit ausgebreiteten Flügeln sitzen; er „sonnt“ sich nur mit zusammengeklappten Flügeln. Die überwinterten Weibchen sehen ähnlich aus wie Kohlweißlinge. Sie sind nicht gelb gefärbt sondern weißlich-grün, zeigen aber auch die typischen braunroten Punkte auf den Flügeln und die gleiche Form der Flügel. Mit Kohlweißlingen kann man sie im März/April aber nicht verwechseln, denn diese gibt es im März/Anfang April noch nicht. Zudem finden sich keine schwarzen Flecke auf den Flügeln oder an den Flügelrändern. Die Kohlweißlinge haben auch keine spitzen Flügelecken. (Das Bild zeigt ein Weibchen des Zitronenfalters im Juli an der Blüte der Wald-Platterbse)

Nach der Paarung legt das Weibchen die Eier ausschließlich auf die Blätter einiger Faulbaum- oder Kreuzdorn-Arten. Damit endet der Lebenszyklus der Zitronenfalter. Immerhin werden die Zitronenfalter fast ein Jahr alt, von dem sie aber einen Großteil verschlafen. Damit haben  die Zitronenfalter die höchste Lebenserwartung aller mitteleuropäischen Schmetterlinge.  2 Wochen nach der Eiablage schlüpfen die Raupen und ernähren sich ausschließlich von den Futterpflanzen.  Ende Juni bis Anfang August schlüpfen die Schmetterlinge. Die neue Generation fliegt von Juni bis Juli; im August erfolgt eine „Sommer-Ruhe“. Ab September fliegen sie wieder, bis sie mit den ersten kalten Temperaturen in „Kältestarre“ den Winter über in ihrem Versteck verbringen. Im nächsten Jahr werden sie wieder für Nachwuchs sorgen.