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。
制品的冷凍干燥過程包括凍結、升華和再干燥3個階段。
凍結
先將欲凍干物料用適宜冷卻設備冷卻至2℃左右，然后置于冷至約一40℃(13．33Pa)凍干箱內。關閉干燥箱，迅速通入制冷劑(氟里昂、氨)，使物料冷凍，并保捧攀邸h或更長時間，以克服溶液的過冷現象，使制品完全凍結，即可進行升華。
升華
制品的升華是在高度真空下進行的，在壓力降低過程中，必須保持箱內物品的冰凍狀態，以防溢出容器。待箱內壓力降至一定程度后，再打開羅茨真空泵(或真空擴散泵)，壓力降到1．33Pa，一60。C以下時，冰即開始升華，升華的水蒸氣在冷凝器內結成冰晶。為保證冰的升華，應開啟加熱系統，將擱板加熱，不斷供給冰升華所需的熱量。
再干燥
在升華階段內，冰大量升華，此時制品的溫度不宜超過最低共熔點，以防產品中產生僵塊或產品外觀上的缺損，在此階段內擱板溫度通常控制在±10℃之間。制品的再干燥階段所除去的水分為結合水分，此時固體表面的水蒸氣壓呈不同程度的降低，干燥速度明顯下降。在保證產品質量的前提下，在此階段內應適當提高擱板溫度，以利于水分的蒸發，一般是將擱板加熱至30～35。C，實際操作應按制品的凍干曲線(事先經多次實驗繪制的溫度、時間、真空度曲線)進行，直至制品溫度與擱板溫度重合達到干燥為止。