1.有一干燥室，包括一个冷冻台，保持足够低的温度，同以防止冰晶的生长或再生，有充气装置，以让干燥氮气进入干燥室;

2.有一个真空系统，以保持干燥室的压力在10-100mPa之间，这通常用扩散泵和机械泵来达到;

3.有一个水蒸汽吸附阱，使固体界面附近有很高的水蒸汽梯度，以提高干燥速度，最好的办法是装一个液氮冷阱，用以吸附水蒸汽。冷阱的温度比样品温度低摄氏20℃以上，它与样品距离应少于残余水蒸气分子的平均自由程。另外也可以利用诸如五氧化二磷或硅胶等化学干燥剂，但效果就不如液氮冷阱好。

干燥速度与样品温度、尺寸和形状、样品中结合水与游离水的相对量以及干燥室内的真空度都有关。选择什么温度进行干燥，是个有争议的问题。采用较低的温度，再结晶的危险减少，但干燥时间都大为增加，采用较高的温度，水分去除得较快，但却增加了再结晶的危险，同时会有溶质机体"塌陷"的危险。对于大多数样品，可在样品温度为190K和压力1～2mPa下开始干燥，冷凝器保持在77K，干燥后24～48h内，使温度逐渐回升到室温。如果采用先切片后干燥的办法，可把薄切片暴露在缓慢流动的干冷氮气中，氮气压力为大气压，温度为200K到170K之间，通常在1小时内干燥即可完成。

冷冻干燥过程会影响观察结果。冷冻干燥总会伴随一定程度的皱缩，但比临介点干燥引起的皱缩要小得多。此外，冷冻干燥过程由于支持机体的水分升华，先前溶解的成份必然在组织内重新分布，但由于溶质已与干燥的细胞基体交织在一起，其重新分布仅限于较短的距离。

许多学者的研究使人确信，对冷冻干燥样品进行定量X射线微区分析能够获得生理学上很有意义的数据。