真空冷凍干燥機的工作原理是將含水物質先凍結成固態，然后在真空條件下使其中的水分從固態直接升華成氣態，從而除去水分而保存物質的方法。
具體過程分為四個關鍵步驟：
預凍：將待干燥物質迅速降溫至共晶點以下，形成固態冰晶。
升華：在高度真空環境中，通過緩慢升溫促使冰晶直接升華，避免了水分融化過程，有效減少了熱敏感物質的損害2。
解吸：繼續升高溫度促進剩余吸附水的解吸，直至物料達到預定干燥程度。
干燥：得到含水非常少且具有復水性的凍干物質。
整個過程在低溫和低壓下進行，能最大限度地保持物質的形態、結構和化學活性。干燥后形成的多孔結構還能讓樣品在需要時迅速復水，恢復原有特性1。這種干燥方式特別適用于需要長期保存且保持生物活性的樣品，如微生物培養、酶、血液、藥品等，也廣泛應用于化學分析、脫水蔬菜、食品、水果等領域