冷冻干燥最大的特点是低温环境，适用于热不稳定物料的干燥，例如人参冷冻干燥后样品中所含的热敏成分丙二酰基人参皂苷Rb1与鲜人参相比差异很小；冷冻干燥中真空环境，适用于易氧化物料的干燥；所得成品营养成分损失少，能够最大限度地保留物料原有成分、味道、色泽和芳香；干制品骨架保持不变，多孔结构使质地疏松，复水性好，速溶；预冻时物料中水分以冰的形式存在，使无机盐均匀在物料中析出，升华后水分直接逃逸，避免其他干燥方法中水分携带无机盐向表面迁移，物料表面无机盐累积析出而造成的表面硬化；冻干制品含水量低，采用真空包装能够长期保存。冷冻干燥的缺点是设备投资贵，运行能耗高，冻干时间长，设备维护成本高，最终造成产品生产成本高。
中药研发和生产常用的冷冻干燥设备有小型实验室冷冻干燥机、箱式冷冻干燥设备、喷雾冷冻干燥设备、带式冷冻干燥设备等。冷冻干燥设备较贵且运营成本高，一般用于贵重中药材或附加值较高中成药的生产中。
以箱式冷冻干燥设备为例说明冷冻干燥设备的基本结构与性能。箱式冷冻干燥设备包括冻干箱、加热系统、制冷系统、换热系统、真空系统、液压系统、蒸汽灭菌系统、清洗系统和控制系统等。制冷系统包括制冷机与干燥箱、凝结器内部管道和换热器等，制冷机可以是一套也可以是多套组合而成，主要是对干燥箱和凝结器降温并维持工作环境所需低温。真空系统包括干燥箱、凝结器、真空泵、真空管道和阀门等，真空泵将与物料接触的环境抽成负压，是水分迅速升华的关键，必须保证系统没有漏气现象。换热系统包括换热器、电加热器、循环泵、制冷机和硅油等，硅油在换热器中被加热器升温或制冷机降温，达到预定温度后再被循环泵送至干燥箱隔板。液压系统包括液压顶杆和可上下移动的搁板，在冷冻干燥结束时，对干燥箱中的半加塞制品瓶进行液压加塞，使制品瓶与外界环境隔绝，制品瓶出箱后，能避免外界空气中水分、灰尘、微生物等对产品的影响。蒸汽灭菌系统包括干燥箱、大蝶阀、凝结器、真空管道、小蝶阀等，它能在冷冻干燥前或结束后对干燥箱、凝结器等部件进行高温灭菌。工作过程为：将待干燥物料分装在合适的容器内放置于干燥箱搁板上，打开制冷，待环境温度降至指定温度后维持一段时间完成预冻步骤，抽真空，按摸索的条件加热完成升华干燥，升华结束后提高干燥箱温度完成解析干燥，制品瓶液压加塞，冻干结束，关闭真空泵、制冷压缩机、凝结器开关、电加热器和循环泵，打开放气阀使干燥箱恢复大气压，成品出箱，凝结器除霜，关闭设备。为了获得良好的冻干药品，一般在冻干时应根据每种冻干机的性能和药品特点，在经过试验的基础上制订出一条冻干曲线，然后控制机器，使冻干过程各阶段的温度变化符合预先制订的冻干曲线。真空冷冻干燥的生产过程可借助计算机来控制生产系统按照预先设定的冻干曲线工作。
