选择速冻原料，冲洗，定型并放在板上后，它们便可以进入冷冻干燥阶段。冻干机的第一步必须是速冻冷冻干燥的物料，然后将装有物料的料盘放入冻干机中进行快速冷冻（某些冻干机不具备快速冷冻功能）并且需要配备快速冷冻机）。快速冻结过程具有以下类型：
浸泡方法：将物料浸泡在液氮，氟利昂，低温盐水和其他介质中以快速冷冻。此方法冻结最快。
空冷方式：在物料上吹入低温冷风，使物料在指定时间内冻结至一定温度。
直接冷却方式：将制冷剂或制冷剂置于蒸发管中，吸收物料的热量，达到制冷的目的。
真空制冷方式：利用真空使物料中的水分蒸发以带走热量，并对物料进行冷却以达到制冷的目的。
无论采用哪种方法，都应在基本不变形的前提下，确保在规定的时间内将材料冷冻至一定温度。
为了确保材料中的冰不融化，而是直接蒸发（升华）并连续除去蒸汽以确保升华正常进行，包装箱中的真空度必须低于冰的饱和蒸汽压在一定温度下（低于610pa）。
冷阱用于捕获水蒸气并减少真空泵的负荷。正确设计的冷阱基本上不会导致真空泵发生故障并且能耗低。但是，对制冷系统和冷阱的设计要求很严格。
随着冰继续升华并除去蒸汽，它还带走了物料的热量，因此物料的温度（冰温）继续降低，因此蒸汽冰的饱和蒸气压降低，并且升华速度变慢。为了保持一定的升华率，有必要不断地向材料中增加热量。太少的热量补充会降低升华率，太快的热量补充会导致冰融化并导致材料崩塌和冻干失败。
由于冷冻干燥机的冷冻干燥过程更加复杂并且工作状态范围狭窄，因此，粗心的一点会导致冷冻干燥的质量降低，因此需要一种自动控制系统。冻干机自动控制系统的设计要求易于操作，从物料输入按钮开始，一次性进行快速冷冻的真空升华干燥，并在冻干完成后提示停机以排出物料。应仔细选择和合理控制相关的温度和压力控制点。应适当控制速冻，真空保持和加热之间的关系，并应针对不同的材料设置工艺曲线。
