真空冷冻干燥的原理是把含有大量水分的物料预先进行降温，冻结成冰点以下的固体，再在真空条件下将冰直接变为气的升华过程，以水蒸气的形式除去物品中的水，从而得到干燥的并可保持原状产品。因为是利用升华达到除去水分的目的，所以又称作升华干燥。
要使水分直接由冰变为气而使制品干燥。在整个升华阶段，制品必须保持在冻结状态，否则就不能得到性状良好的产品。在制品预冻阶段，要严格控制预冻温度（通常比制品的熔点低5-10℃度）。
如果预冻温度不够低，则制品可能没有完全冻结，在真空升华时会膨胀起泡或崩塌溶化，若预冻温度太低或太高，既会增加不必要的能量消耗而增加成本，而且对于某些生物制品也会降低其冻干后的生物活性。当物料在干燥升华阶段，物料需要吸收热量（每克冰完全升华成水蒸气约吸收2·8kj的热量）。
如果不对制品进行加热或热量不足，则水分在升华时会吸收制品本身的热量而使制品的温度降低，致使制品的蒸气压降低，也就是当液体中的气体与水蒸气的分压比相等或大于水蒸气时，则会阻碍水蒸气的传输，因为所有的液体里面都含有大量的气体杏彩体育平台，即空气，(一般在5×10－5~1×10－3/kg)于是就会引起升华速度的降低，整个干燥的时间就会延长，使生产效率下降；但如果对制品加热过多，制品的升华速率固然会提高，但在抵消了制品升华所吸收的热量之后，多余的热量会使冻结制品本身的温度上升，而使制品可能出现局部甚至全部崩塌或熔化，引起制品的干缩起泡等现象，致使整个冻干过程失败。所以冻干技术也是一门学问很深的技术。
