真空冷凍干燥機的冷凍干燥是指通過升華從凍結的生物產品中去掉水份或其他溶劑的過程。升華指的是溶劑，如水，像干冰一樣，不經過液態，從固態直接變為氣態的過程。冷凍干燥得到的產物稱作凍干物，該過程稱為凍干。這種利用真空冷凍獲得干燥的方法，是水的物態變化和移動的過程，這個過程發生在低溫低壓下，因此，冷凍干燥的基本原理是在低溫低壓下傳熱傳質的機理。 真空冷凍干燥機在低溫下進行，因此對于許多熱敏性的物質特別適用。如蛋白質、微生物之類不會發生變性或失去生物活力。因此在醫藥上得到廣泛應用；在低溫下干燥時，物質中的一些揮發性成分損失很小，適合部分化學產品、藥品和食品干燥。
冷凍干燥基本概念是使預凍原材料中的水份充足釋放出，中小型真空冷凍干燥機立即將冰態為水蒸汽去除，進而做到干燥的目的。冷凍干燥機是利用冷凍干燥的基本概念來完成干燥的機器設備。
真空冷凍干燥機得脫水作用原理是在空氣壓縮先進到預冷器開展基本減溫，在注入回熱水器，與流回的制成品氣開展熱交換器，使空氣壓縮進一步減溫，并將冷凝出的水排出來設備外。
冷凍干燥機開機后將須凍干的物品先投入凍干房間內開展冷凍加工處理，它是將物品開展冷凍生產加工的全過程，那樣做有兩層益處，首先是根據冷凍干燥機的真空系統控制物品完成抽真空作用，它能夠帶去一部分水分含量，另一方面是物品在低溫冷凍自然環境下把一些分子結構中所帶有的水分含量會排在物品的表層開展凍結。
