預凍階段是將歷史文獻中的自由水和結合水凍結成冰，預凍速率是預凍過程重要的過程參數。對于紙質歷史文獻，預凍速率的快慢會影響到紙質歷史文獻中形成的冰晶顆粒大小，冰晶升華后，紙質歷史文獻形成的干燥層通道大小也不同。快速預凍形成的冰晶小、通道窄、水蒸氣逸出困難，干燥效果欠佳；慢速預凍形成的冰晶較大、通道寬、水蒸氣逸出容易，干燥效果明顯。
升華階段是在紙質歷史文獻預凍完成后，對凍干箱抽真空，文獻內的水分借助于文獻內部和凍干箱之間的水蒸汽壓力差，由固態冰升華為水蒸汽，被更低溫度的冷凝器捕集凝結，實青霉素皮試儀現文獻的水分轉移，從而達到干燥文獻的目的。采用經濟有效的冷阱法來收集升華后的水蒸氣，即在真空箱中設置一個冷阱將升華時的水蒸汽凝結成冰，待真空冷凍干燥結束后，將冰融化排除。采用冷阱法一方面是捕集紙質歷史文獻升華出來的水蒸汽，另一方面還可以減少真空泵的工作負擔，保證干燥箱具有較低的真空度。
加熱方式影響紙質歷史文獻升華的快慢科隆質量流量計，干燥箱主要是由輻射板、加熱板、導熱托盤、冷阱等組成。其熱源是由兩塊加熱板和一塊輻射板提供，最上面的輻射板僅起到輻射作用，下面兩塊輻射板既有輻射又有導熱作用，導熱是通過導熱托盤把輻射板傳遞的能量傳遞給紙質歷史文獻，這樣可以避免歷史文獻與溫度較高的輻射板直接接觸，而導致紙質歷史文獻出現融化、局部溫度過高等現象。