冻干机的冷冻干燥就是把含有大量水分物质，预先进行降温冻结成固体，然后在真空的条件下使水蒸汽直接升华出来，而物质本身剩留在冻结时的冰架中，因此它干燥后疏松多孔体积不变。引起产品本身温度的下降而减慢升华速度，为增加升华速度，缩短干燥时间，必须要对产品进行适当加热。整个干燥是在较低的温度下进行的。 在真空冷冻干燥过程中，需要先对被干燥的药品进行预冻，然后在真空状态下，使水分直接由冰变为气而使药品干燥。在整个升华阶段，药品必须保持在冻结状态，否则就不能得到性状良好的产品。
冻干机的制冷系统由制冷机组与冻干箱、冷阱内部的管道等组成。制冷机可以是互相独立的2套或以上，也可以合用1套。制冷机的功用是对冻干箱和冷阱进行制冷，以产生和维持它们工作时所需要的低温，它有直接制冷和间接制冷二种方式。特殊机型采用冷阱直接制冷，板层间接制冷方式，其优点是冷阱直接制冷降温速度快，板层间接制冷温度均一性良好（±1℃）。
冻干机对于制品冷冻的物理基础：
物质有固、液、气三态。物质的状态与其温度和压力有关。上图表示出了水（H2O）的状态平衡。图中OL、OK、OS三条曲线分别表示冰和水、水和水蒸气、冰和水蒸气两相共存时其压力和温度之间的关系，分别称为熔化线、沸腾线和升华线。此三条曲线将图面分成固相区、液相区和气相区。箭头分别表示冰融化成水，水蒸发成水蒸气和冰升华成水蒸气的过程。曲线OK的在顶端点K，其温度为374℃，称为临界点。当水蒸气的温度高于其临界温度374℃时，无论怎样加大压力，水蒸气也不能变成水。三曲线的交点O为固、液、气三相共存的状态，称为三相点，其温度为0.01℃，压力为610.5Pa以下，且给冰加热，则冰就会不经液相直接变成气相，这一过程称为升华。
