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冷冻干燥技术的原理是将含有水的物质，先冻结成固体，然后把其中的水分从固态升华为气态，从而保留物质的方法。
水中有固体、液体和气体三种态相。热力学中的相平衡理论认为，随着压力的降低，冰点变化不大，但沸点越来越低，接近冰点。在没有液态的情况下，当压力下降到一定的真空度时，水的沸点与冰点重合，就能直接蒸发成气体，这个过程叫做升华。真空冷冻干燥是指食品在水中三相点以下，即在低温低气压下，将食物中冻结的水份升华脱除。
在低温低氧环境下，大部分生物反应停滞不前，且处理过程中无液态水存在，水份以固体状态直接升华，使物料原有的结构、形状得到很大程度的保护，zui终达到外观、内在品质兼备的干燥制品。当前，冻干技术已经广泛应用于医药、生物制品、食品、活性物质等多个领域，而且应用规模也在迅速扩大。
现在冻干机主要应用于以下几个方面：
(1)生物制品、医药方面：例如抗生素、抗毒素、诊断用品和疫苗等。
(2)微生物和藻类方面：如酵母、酵素、原生物、微藻等。
(3)生物标本、活组织方面：例如，制作各种动植物标本，干燥保存边缘组织，供动物异种移植或同种移植之皮层、角膜、骨骼、主动脉、心瓣膜等。
(4)为光学显微镜、电子扫描和投射显微镜制作集体织片。
(5)食物干燥：如咖啡、茶、鱼蛋、海藻、水果、蔬菜、调料、豆腐、方便食品等。
(6)高级营养和中草药方面：如蜂王浆、蜂蜜、花粉、草药制剂等。
(7)其他：例如化学催化剂，在冻干后，可以提高催化效率5-20倍；保存植物叶子、土壤之后，用冻干方法来研究土壤、肥料、气候对植物生长的影响以及生长因子的作用；以及潮湿的木制品、淹坏的书籍等用冻干方法干燥，能zui大限度地保持原状等。
冻干技术相对于常规的晒干、干燥、煮干、喷雾干燥和真空干燥技术而言，具有以下显著优势：
(1)本品在低温下干燥，不能使蛋白质、微生物等产生变性或丧失生物活性。对疫苗、菌、毒、血制品等热敏感物质的干燥保存尤其适用。
(2)由于低温干燥，物质中的挥发性成分和热变性所造成的营养损失很少，是化工、医药和食品的优质干燥方法。
(3)在低温干燥过程中，微生物的生长和酶的作用几乎无法进行，从而很好地保持了物质的原有特性。
(4)在干燥后，体积、形状基本不变，物质呈海棉状，无干缩；复水时，与水的接触面大，可迅速还原为原始性状。
(5)由于系真空条件下干燥，氧含量很低，可以保护氧化物质。
(6)可去除物质中95~99%的水份，产品的保存期长。
