1.材料系统的公式
在对药物和细胞进行冻干之前，必须加入一些保护剂和添加剂，以保证冻干效果，维持药物的活性和细胞的存活。 材料、保护剂和添加剂共同组成了一个多组分体系，我们称之为“材料体系”。 保护剂与添加剂和材料之间存在相互作用，因此对于不同的材料，应使用不同类型和不同浓度的保护剂和添加剂。 近年来，生物制药的每一个重要进展，几乎都与新型“鸡尾酒”材料体系的制定有关。 保护剂和添加剂的问题值得讨论。
2. 材料体系物理性质研究
材料体系的物理性质，如凝固温度、相变热、玻璃化转变温度、玻璃化转变前后的热容等，都会对冷冻干燥过程产生很大的影响。在干燥过程中，如果希望物料的升华率高，则要求物料有较多的空隙而不塌陷。这些也与材料系统的物理性质有关。近年来人们发现，当材料系统经历不同的“温度历史”（热历史），如不同温度、不同时间的“退火”时，??会带来物理性能的显着变化。
对于材料体系物理性质的测量，差示扫描量热法（Differential Scanning Calorimetry，DSC）是最有效、最广为认可的技术。
3、冷却固化过程的选择及实现的技术
对于物料系统的冷却固化过程，要解决两个问题，一个是冷却最终温度的确定；另一个是选择合适的降温程序。冷却固化过程的最终温度应当是完全固化温度，它应低于物料系统的共晶点温度，或玻璃化转化温度。冷却固化后的物料系统，实际上是既具有晶态，又具有玻璃态的的混合系统。为确定降温的最终温度，就要先测量物料系统的共晶点温度和玻璃化转化温度。
对于合适降温程序的选择，就是希望活性药物、或细胞在冷却固化过程中不受损伤或少受损伤，这是细胞低温保存的基本问题。分析物料系统的冻结过程诸多现象、对细胞损伤及防治办法；讨论程序降温的理论和实施技术。
4、升华干燥参数的确定
升华干燥是在低温下对物料系统进行加热，使物料中被冻结成冰的“自由水”直接升华成水蒸气。在升华干燥过程中，可以控制的参数有：物料的温度、干燥室的真空度、升华干燥的持续时间等。
关于物料的温度，一般认为必须低于物料系统的玻璃化转变温度，或共晶温度。升华干燥的温度的确定是十分重要的。如温度过高，会出现软化、塌陷等现象，造成冻干的失败；如温度过低，不仅给制冷系统提出了过高的要求，而且大为降低了升华过程的速率，费时又耗能。
目前大多数的操作，都是在整个升华干燥过程中保持加热温度不变的。关于是否应当这样，有两种不同的观点。一种观点认为，在升华干燥阶段，随着水分的升华，物料系统的浓度会提高，物料系统的玻璃化转变温度也会提高，这意味着升华干燥阶段的加热过程的温度应当逐渐提高，而不要恒定在一个温度上。另一种观点认为，在升华干燥阶段，升华的只是“游离”在网状结构空隙中的自由水，不会对物料实体的玻璃化转变温度产生影响，因此升华干燥过程中加热温度仍应保持不变。实际上这两种情况都可能出现，是和冷却固化的情况有关的。
一般说来，在升华干燥过程中真空度是维持不变的。但也可以采用循环压力法，即控制真空系统的压力在一定范围内上下波动，以期提高传热传质的效果，来加速干燥的过程。
关于升华干燥持续时间的确定，也就是如何判断何时应该结束升华干燥阶段转入解吸干燥阶段。这是个十分重要的难题。
