Tout d'abord, le matériau à lyophiliser est congelé à des températures inférieures à zéro, pour maintenir ainsi sa structure moléculaire. Le matériau congelé est inséré dans le lyophilisateur, où il y a une pression de vide, en raison de l'action d'une pompe à vide qui lui permet de fonctionner correctement. Cette pompe permet de sublimer 95% de l'eau présente dans l'échantillon, et de cette façon, le produit sèche sans utiliser des températures supérieures à la température ambiante.
La chaleur contenue dans le lyophilisateur fournit l'énergie nécessaire à l'eau pour passer à l'état gazeux, accélérant le processus. Et le gaz qui reste en vrac, est condensé à basse température, et redevient solide.