凍干機的冷凍干燥就是把含有大量水分物質，預先進行降溫凍結成固體，然后在真空的條件下使水蒸汽直接升華出來，而物質本身剩留在凍結時的冰架中，因此它干燥后疏松多孔體積不變。引起產品本身溫度的下降而減慢升華速度，為增加升華速度，縮短干燥時間，必須要對產品進行適當加熱。整個干燥是在較低的溫度下進行的。 在真空冷凍干燥過程中，需要先對被干燥的藥品進行預凍，然后在真空狀態下，使水分直接由冰變為氣而使藥品干燥。在整個升華階段，藥品必須保持在凍結狀態，否則就不能得到性狀良好的產品。
凍干機的制冷系統由制冷機組與凍干箱、冷阱內部的管道等組成。制冷機可以是互相獨立的2套或以上，也可以合用1套。制冷機的功用是對凍干箱和冷阱進行制冷，以產生和維持它們工作時所需要的低溫，它有直接制冷和間接制冷二種方式。特殊機型采用冷阱直接制冷，板層間接制冷方式，其優點是冷阱直接制冷降溫速度快，板層間接制冷溫度均一性良好（±1℃）。
凍干機對于制品冷凍的物理基礎：
物質有固、液、氣三態。物質的狀態與其溫度和壓力有關。上圖表示出了水（H2O）的狀態平衡。圖中OL、OK、OS三條曲線分別表示冰和水、水和水蒸氣、冰和水蒸氣兩相共存時其壓力和溫度之間的關系，分別稱為熔化線、沸騰線和升華線。此三條曲線將圖面分成固相區、液相區和氣相區。箭頭分別表示冰融化成水，水蒸發成水蒸氣和冰升華成水蒸氣的過程。曲線OK的在頂端點K，其溫度為374℃，稱為臨界點。當水蒸氣的溫度高于其臨界溫度374℃時，無論怎樣加大壓力，水蒸氣也不能變成水。三曲線的交點O為固、液、氣三相共存的狀態，稱為三相點，其溫度為0.01℃，壓力為610.5Pa以下，且給冰加熱，則冰就會不經液相直接變成氣相，這一過程稱為升華。
