冻干机的工作原理是预冻成固体形状，低温下升华干燥，首先升华能发生是因为冻干箱内的饱和蒸气压低于水的（或者溶剂）的三相点，位于三相点以下的压力，低于共熔点温度下升华，升高温度，物质只能从固体变成气体，发生升华，而不发生融化。
升华是一个吸热的过程，如果在升华过程中没有外界给予热量的话，升华只能吸收自身的热量，自身产品温度降低，降低到一定程度，产品温度与冷阱温度一致，升华停止，因为没有温度差，热量不能传递。因此在升华过程中要给板层加热，提供传导热给予升华界面的升华热量。这个热量不能超过升华热。
在冻干机中有两个大的密闭容器，一个是冻干箱，一个是冷阱，它们由主阀连接，当主阀打开时便成为一个整体的封闭系统。在干燥阶段，冻干箱的板层上放有预冻好的冻结产品，制品的升华温度决定了冻干箱的饱和蒸汽压。在冷阱中，冷阱的制冷表面温度决定了冷阱内的饱和蒸汽压。
假设在干燥过程中，冻干箱的升华温度在-30℃，冷阱的制冷表面温度也在-30℃，这时两个容器内的饱和蒸汽压相等，如果打开主阀，则从冻干箱跑到冷阱的水汽与从冷阱跑到冻干箱的水汽相等，即处于平衡状态。如果冷阱的温度降低到-50℃，如果打开主阀，则由于冻干箱的压力大于冷阱的压力，冻干箱的水汽将流向冷阱，并在冷阱的制冷表面凝华成冰霜，只要冷阱的制冷表面温度能维持在-60℃，就能维持冷阱的饱和蒸汽压低于冻干箱，这是一个传质的过程，也就是蒸发出来的水蒸气传递的过程，这个是升华的动力。因此冷阱的温度必须低于产品升华温度，从而产生水蒸汽的压力差，获得升华的动力。
板层加热，冷阱制冷这是升华过程中的动力，除此之外还有真空，通过真空调节间接控制升华温度和传质压差，也是升华的动力。
