Na het opstarten wordt het materiaal in de materiaaltank geplaatst om te worden ingevroren. Het invriesproces omvat twee aspecten: ten eerste verwijdert een vacuümsysteem een deel van het vocht door een vacuüm te trekken; ten tweede worden, terwijl het materiaal bevriest, sommige watermoleculen naar het oppervlak gedwongen en bevriezen. Zodra aan de bevriezingsvereiste is voldaan, verwarmt en droogt een verwarmingssysteem het materiaal, waarbij een vacuüm wordt getrokken om eventueel achtergebleven vocht te verwijderen, dat vervolgens naar de vriesval wordt gevoerd om te bevriezen, waardoor aan de vereiste vriesdroog- wordt voldaan.
Vriesdrogen- verwijst naar het proces waarbij water of andere oplosmiddelen uit bevroren biologische producten worden verwijderd door middel van sublimatie. Sublimatie verwijst naar het proces waarbij een oplosmiddel, zoals water, zoals droogijs, rechtstreeks van een vaste naar een gasvormige toestand verandert zonder door een vloeibare toestand te gaan. Het product dat wordt verkregen door vriesdrogen- wordt een lyofilisator genoemd, en het proces wordt vriesdrogen- genoemd. Traditioneel drogen veroorzaakt materiaalkrimp en beschadigt cellen. Tijdens het vriesdrogen-wordt de structuur van het monster niet vernietigd, omdat de vaste componenten op hun plaats door het ijs worden ondersteund. Terwijl het ijs sublimeert, laat het poriën achter in het gedroogde residu. Hierdoor blijven de integriteit van de biologische en chemische structuur en de activiteit van het product behouden. In het laboratorium kent vriesdrogen-veel verschillende toepassingen en is het onmisbaar in veel biochemische en farmaceutische toepassingen. Het wordt gebruikt om biologische materialen te verkrijgen die gedurende lange perioden kunnen worden bewaard, zoals microbiële culturen, enzymen, bloed en farmaceutische producten, waarbij niet alleen hun stabiliteit op lange termijn behouden blijft, maar ook hun inherente biologische activiteit en structuur. Om deze reden wordt lyofilisatie gebruikt om weefselmonsters voor te bereiden voor structurele onderzoeken (zoals elektronenmicroscopie). Lyofilisatie wordt ook toegepast bij chemische analyse, waarbij gedroogde monsters worden verkregen of monsters worden geconcentreerd om de analytische gevoeligheid te vergroten. Lyofilisatie stabiliseert monstercomponenten zonder hun chemische samenstelling te veranderen, waardoor het een ideaal analytisch hulpmiddel is. Lyofilisatie kan op natuurlijke wijze plaatsvinden. Onder natuurlijke omstandigheden verloopt dit proces langzaam en onvoorspelbaar. Door de ontwikkeling van lyofilisatiesystemen zijn veel stappen verbeterd en verfijnd, waardoor dit proces wordt versneld.
