超低溫儲存時，降溫冷凍和化凍過程最易引起植物材料的傷害。在降溫冷凍過程中，植物組織或細胞遭受凍害主要有兩個方面的原因，即細胞內部結冰和細胞內溶質的濃縮。由於細胞質最初是高滲透壓的，故而一般先使細胞外結冰，使得細胞膜內外的滲透壓梯度發生反轉，即發生細胞失水並逐漸變為脫水狀態，導致細胞的溶質也相應地發生濃縮。當細胞收縮超過臨界值時，會造成細胞的損傷。一般說來，慢速降溫可使細胞內的水不斷流到細胞外結冰，而快速降溫時，細胞內的水來不及流到細胞外而造成胞內結冰。因此，在降溫冷凍過程中必須創造一個適宜的條件，使植物材料發生保護性脫水。冬季的植物材料，由於經過抗寒鍛鍊已經發生了保護性脫水及其他提高抗寒力的變化，所以採用冬季植物材料超低溫儲存容易獲得成功。採用一些“冷凍保護劑”或稱“防凍劑”可明顯地增強生物組織的抗冷和耐冷能力，目前實踐中往往採用如二四基亞碸、聚乙二醇（PEG）、甘油及多種糖類等多種防凍劑配合使用以提高效果。在化凍時要防止細胞內次生結冰，因此，多數情況下采用快速化凍方法，即在3440攝氏度溫水中化凍。