לאחר ההפעלה, החומר מונח במיכל החומר להקפאה. תהליך ההקפאה כולל שני היבטים: ראשית, מערכת ואקום מסירה מעט לחות על ידי הוצאת ואקום; שנית, כשהחומר קופא, כמה מולקולות מים נאלצות אל פני השטח וקופאות. לאחר עמידה בדרישת ההקפאה, מערכת חימום מחממת ומייבשת את החומר, שואבת ואקום להסרת כל הלחות שנותרה, אשר מועברת למלכודת ההקפאה להקפאה, ובכך משיגה את דרישת הייבוש בהקפאה.
ייבוש בהקפאה מתייחס לתהליך של הסרת מים או ממיסים אחרים ממוצרים ביולוגיים קפואים באמצעות סובלימציה. סובלימציה מתייחסת לתהליך שבו ממס, כגון מים, כמו קרח יבש, משתנה ישירות ממצב מוצק למצב גזי מבלי לעבור דרך מצב נוזלי. המוצר המתקבל באמצעות ייבוש בהקפאה נקרא lyophilizer, והתהליך נקרא ייבוש בהקפאה. ייבוש מסורתי גורם להתכווצות החומר ופוגע בתאים. במהלך ייבוש בהקפאה, מבנה הדגימה אינו נהרס מכיוון שהרכיבים המוצקים נתמכים על ידי הקרח במקומם. כשהקרח משתדרג, הוא משאיר נקבוביות בשאריות המיובשות. כך נשמר שלמות המבנה הביולוגי והכימי של המוצר ופעילותו. במעבדה, לייבוש בהקפאה יש יישומים רבים ושונים והוא הכרחי ביישומים ביוכימיים ותרופות רבים. הוא משמש להשגת חומרים ביולוגיים הניתנים לשימור לתקופות ארוכות, כגון תרביות מיקרוביאליות, אנזימים, דם ותרופות, תוך שמירה לא רק על יציבותם לטווח ארוך אלא גם על פעילותם הביולוגית והמבנה המובנה. מסיבה זו, לייאופיליזציה משמשת להכנת דגימות רקמה למחקרים מבניים (כגון מיקרוסקופ אלקטרונים). ליאופיליזציה מיושמת גם בניתוח כימי, מתן דגימות מיובשות או ריכוז דגימות להגברת הרגישות האנליטית. ליאופיליזציה מייצבת את רכיבי הדגימה מבלי לשנות את ההרכב הכימי שלהם, מה שהופך אותה לעזר אנליטי אידיאלי. ליאופיליזציה יכולה להתרחש באופן טבעי. בתנאים טבעיים, תהליך זה איטי ובלתי צפוי. באמצעות פיתוח מערכות ליופיליזציה, שופרו ושוכללו שלבים רבים המאיצים תהליך זה.