본 연구는 저온 노출 하에서 콘크리트, 철근, 탄소섬유강화폴리머(CFRP)의 기계적 거동을 실험적으로 규명하고자 하였으며, 온도 범위는 −60 °C에서 20 °C까지이다. 다양한 배합비와 양생 조건의 콘크리트 시험체를 제작하여 온도가 압축강도, 탄성계수, 압축변형률에 미치는 영향을 평가하였다. 또한 저온 조건에서 인장 성능의 변화를 확인하기 위해 철근 및 CFRP 시험체도 함께 시험하였다. 그 결과, 콘크리트와 철근 모두 온도가 감소할수록 강도와 강성이 증가하는 것으로 나타났다. 콘크리트의 경우 이러한 증가율은 양생 방법과 배합비에 따라 달라졌으나, 철근의 경우 공칭 바 직경과 무관하게 강도 증가는 전반적으로 일관되게 유지되었다. 반면 CFRP는 온도가 감소할수록 인장강도와 파괴변형률이 모두 감소하였다. 아울러 기존 콘크리트 재료 모델인 Popovics 및 Hognestad 모델의 저온 조건에서의 적용성을 평가하였다. 두 모델 모두 상온에서는 합리적인 예측을 제공하였지만, Popovics 모델은 한랭 환경에 노출된 콘크리트의 기계적 거동을 보다 정확하게 반영하였다. 이러한 결과는 한랭 조건에서의 재료 거동에 대한 이해를 높이는 데 기여하며, 저온 노출을 고려한 향후 구조 설계 및 보강 전략을 위한 기초적인 통찰을 제공한다.