冷凍乾燥是利用冰晶昇華的原理，將含水物料冷凍到冰點以下，使水轉變為冰，然後在較高真空下將冰轉變為蒸氣而除去的乾燥方法。

物料可先在冷凍裝置內冷凍，再進行乾燥。但也可直接在乾燥室內經迅速抽成真空而冷凍。昇華生成的水蒸氣借冷凝器除去。昇華過程中所需的汽化熱量，一般用熱輻射供給。

由物理學可知，水有三相，O點為三相共點，OA為冰的融解點。

根據壓力減小、沸點下降的原理，只要壓力在三相點壓力之下，物料中的水分則可從水不經過液相而直接昇華為水汽。

根據這個原理，就可以先將食品的溼原料凍結至冰點之下，使原料中的水分變為固態冰，然後在適當的真空環境下，將冰直接轉化為蒸汽而除去，再用真空系統中的水汽凝結器將水蒸汽冷凝，從而使物料得到乾燥。

這種利用真空冷凍獲得乾燥的方法，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，冷凍乾燥的基本原理是在低溫低壓下傳熱傳質的機理。