冷冻干燥机的冷冻干燥方法基本上是在0℃以下进行，即产品在冷冻状态下进行。只有在后期降低产品残留水分时，才允许产品升温至0℃以上，但一般不超过40℃。在真空条件下，当水蒸气直接升华时，药物留在冻结的冰架中，形成海绵状疏松多孔结构，干燥后其体积几乎不变。再次使用冷冻干燥机前，只需加入注射用水即可立即溶解。
1、压缩机
目前冷冻干燥机使用的制冷压缩机多采用中高温全密封往复式压缩机，具有结构紧凑、体积小、重量轻、振动小、噪音低、能效比高等特点。由于封闭式压缩机的电动机和压缩机主体密封在钢壳内，电动机在制冷剂气体环境中运行，冷却条件更好，寿命更长。冷冻干燥机外壳下部装有规定量的润滑油。压缩机工作时自动给各部位供油，平时无需加润滑油。
2、换热器、蒸发器
冷冻干燥机中热交换的主要作用是利用蒸发器冷却后的压缩空气所携带的冷能（对大多数用户来说，这部分冷能是废冷），并利用这部分冷能冷却并携带大量水蒸气温度较高的压缩空气，降低冷冻干燥机制冷系统的热负荷，达到节能的目的。另一方面，换热器内的低温压缩空气温度升高，使排气管外壁不会因温度过低而结露。
3、冷凝器、二级冷凝器（预冷蓄热器）
冷凝器在冷冻干燥机中的作用是将冷媒压缩机排出的高压、过热的冷媒蒸气冷却成液态冷媒，使制冷过程得以连续进行。因为冷凝器放出的热量包括制冷剂从蒸发器吸收的热量和压缩功转化的热量。因此，冷凝器的负荷大于蒸发器的负荷。冷冻干燥机中的冷凝器分为风冷式（air-cooled冷凝器）和水冷式（水冷式冷凝器）两种。
4、旋风分离器（气水分离器）
旋风分离器也是一种惯性分离器，多用于气固分离。压缩空气沿筒壁切线方向进入分离器后，在内部旋转，混入气体中的水滴也一起旋转，产生离心力。质量大的水滴产生的离心力大，大水滴在离心力的作用下向外壁运动。撞击外壁（也是挡板）后，它会聚集生长并与气体分离。
5、热气旁通阀
当压缩空气在蒸发器中冷却时，会沉积大量的冷凝水。为了防止这种情况，必须控制制冷剂的蒸发温度。简单有效的措施是在冷凝器和蒸发器之间增加一个热气旁通阀，热气旁通阀的测压管直接连接蒸发压力。当蒸发压力低于一定水平时，热气旁通阀自动打开，冷凝器中的高温制冷剂蒸汽直接进入蒸发器，提高蒸发温度，避免冰堵。
6、热力膨胀阀或毛细管（节流阀）
膨胀阀（毛细管）是制冷系统的节流机构。在冷冻干燥机中，向蒸发器及其调节器供给制冷剂是通过节流机构实现的。节流机构使制冷剂从高温高压液体进入蒸发器。毛细管结构简单，运行稳定，被广泛应用于小型冷冻干燥机。
