冷冻干燥机利用升华原理，将预先冻结的材料中的水分不经过冰的融化而在冰状态下升华，作为水蒸气除去，从而达到干燥的目的。用途广泛，适用于目前所见的所有产品的干燥。
在冷冻干燥机工作时，液态制冷剂在蒸发器中吸收被冷却物质的热后，气化为低压低温的蒸汽，被吸入压缩机，被高温高压的蒸汽压缩后排出到冷凝器，在冷凝器中向冷却介质（水或空气）放热，冷凝为高压液体，经节流装置节流到低压低温的液体再次被蒸发器吸热气化。
冷冻干燥机冷冻干燥机的制冷系统主要包括压缩机、制冷剂、分油器、水冷凝器、干燥过滤器、中间冷却器、视液镜、电磁阀、手阀（顶盖阀）、膨胀阀、蒸发器（板式交换器、后箱冷凝盘管）、气液分离器、回气过滤器、压力计、压力控制继电器、CPCE（能量调节器）、安全阀、由冷冻配管等构成。
许多用户在购买设备时，过度 冻干机架温度控制有加热器型和中间流体型，采用中间流体控制板层的冻干机架温度均匀性和平滑性好，该冻干机板层为中空夹层结构，板层的冷冻和加热均通过中间流体板层内部的流体通路循环来实现因此，板层的温度均匀一致。
冷冻干燥机采用货架中间流体技术。钟盖型冻干机的货架温度控制基本采用加热器，板层温度一致性稍差。但是，总体而言，医药用冷冻干燥机的板层温度差为±1.5℃，板内温度差为±1℃，食品冷冻干燥机可以适当地放宽限制。