在壳式预冻中，冻干瓶中样品浸放在低温热传导液体里旋转，液体样品沿冻干瓶圆周内壁结冻，以达到更大的表面积。这层薄的结冻层能让水份子更加容易地穿过。一旦样品结冰，就可以与冷冻干燥系统连接了。[1]
冷冻式干燥机采用了降温结露的工作原理，主要由热交换系统、制冷系统和电气控制系统三部分组成。压缩空气首先进入预冷却器进行气-气或气-水的热交换，除去一部分热能，然后进入冷热空气交换器，和已经从蒸发器出来被冷却到压力露点的冷空气进行热交换，使压缩空气的温度进一步降低。之后压缩空气进入蒸发器，与制冷剂进行热交换，压缩空气的温度降至0-8℃，空气中的水份在此温度下析出，通过气水分离器分离后，经过自动排水器排出。而干燥的低温空气则进入冷热空气交换器进行热交换，温度升高后输出。
蒸发器是冷干机的主要换热部件，压缩空气在蒸发器中被强制冷却，其中大部门水蒸气冷却而凝聚成液态水排出机外，从而使压缩空气得到干燥。在蒸发器中进行的是空气与冷媒低压蒸气之间对流热质交换，空气过滤器通过节流装置后的低压冷媒液体，在蒸发器里发生相变成为低压冷媒蒸汽，在相变过程中吸收附近热量，从而使压缩空气降温。
从干燥角度，冷冻干燥机属于真空干燥设备。而出于不同的目的，真空干燥设备具有多种，具体包含如下：
1）微波真空干燥设备：节能，提高干燥速率。
2）喷雾冷冻干燥设备：喷雾与冷冻干燥相结合是由物料的性质和产品的产量决定的，观赏石物料必需是液态浆料，经喷雾冻结后形成微纳尺度的颗粒，增加了干燥速率，提高产品的产量。
3）真空汽相干燥设备：是专门用于大型油浸式变压合金管器以及其它类似电器设备干燥的装置。瑞士在20世纪70年代开发出这种产品。我国于20世纪80年代引进了这种设备，90年代之后已经基本上完成了引进消化，现在可以成套生产。
4）真空冷冻干燥机：小型实验用冻干设备为适应学校和科研单位的需要，国内外相继开发几种不同功能的小型实验用冻干设备。德国Martinchrist公司生产的几种小型实验用冻干机，钢管规格小，重量轻，功能多。基本上能满足各种物料的冻干实验。国内已经有海门轻工机械四厂等几个厂家开始消化吸收、引进设计，研制出了新的产品，只是性能还不够稳定。