由物理學可知，水有三相，O點為三相共點，OA為冰的融解點。根據壓力減小、沸點下降的原理，只要壓力在三相點壓力之下（圖中壓力為 646.5Pa以下，溫度0℃以下），物料中的水分則可從水不經過液相而直接升華為水汽。根據這個原理，就可以先將食品的濕原料凍結至冰點之下，使原料中的水分變為固態冰，然后在適當的真空環境下，將冰直接轉化為蒸汽而除去，再用真空系統中的水汽凝結器將水蒸汽冷凝，從而使物料得到干燥。這種利用真空冷凍獲得干燥的方法，是水的物態變化和移動的過程，這個過程發生在低溫低壓下，因此，冷凍干燥的基本原理是在低溫低壓下傳熱傳質的機理[2]。
冷凍干燥不同于普通的加熱干燥，物料中的水分基本上在0℃以下的冰凍的固體表面升華而進行干燥，物質本身則剩留在凍結時的冰架子中，因此，干燥后的產品體積不變、疏松多孔。冰在升華時需要熱量，必須對物料進行適當加熱，并使加熱板與物料升華表面形成一定溫度梯度，以利于傳熱的順利進行。