真空冷凍干燥設備的工作原理是：先將物料凍結到共晶點溫度以下,使水分變成固態的冰,然后將經過前處理的預凍物料裝入干燥倉內,在低溫真空狀態下,由加熱板導熱或輻射方式供給熱能,使物料中的水分直接由冰升華成水蒸氣。

不斷升華出的水蒸氣,由真空泵組抽至捕水倉內,在-40℃～-45℃的排管外壁上凝結被捕,直至按凍干曲線達到規定的要求而停止供熱和抽真空,完成物料凍干全過程。真空冷凍干燥機(簡稱凍干機)主要由真空冷凍干燥箱(簡稱凍干箱)、真空系統、制冷系統、加熱系統及自動控制系統等幾部分組成。

由于真空冷凍干燥是在低溫、真空狀態下進行,物料中的水分直接從固態升華為氣態,因而可以保持被干物料的細胞活性以及被干物料的色、香、味、形狀和營養成分,而且復水性能好。

真空冷凍干燥技術廣泛應用于各種熱敏性物質的干燥處理及貯存,如生物制品及藥品的生產、食品凍干脫水、人體組織器官貯藏以及超導材料粉末的制備等。