冻干机的工作原理是将要干燥的物料预先低温使物料冻结成固体，然后在超低温和真空状态的条件下，从冻结状态不经过融化直接升华去除水分的一种脱水方法。冻干机在纳米粉体冷冻干燥处理，是将驱体成分的溶液或溶胶在低于纳米溶液共晶点温度以下-10~-15℃冻结成固，再使固溶体或凝胶高真空状态下，通过循环控温使冻结的纳米物中固体的冰直接形成蒸汽后除去，留下含水1%左右的纳米粉体。经过冻干机的低温和真空环境下处理加工，不产生氧化和化学反应、升华干燥是物理性脱水，纳米溶质固定在冰晶支撑的框架结构中，不能相互迁移和连接，纳米物质留在支架内，过程中无氧化和化学反应，得到冻干纳米粉末是细小、多孔、分散均匀、纯度高、化学活性好，稳定性高。
冻干机在纳米粉体冷冻干燥加工技术已比较成熟，目前纳米冷冻干燥技术进行纳米粉体处理能使纳米粉体材料具有声、光、电、磁、热、力等高性能特性，广泛应用在纳米碳酸钙冻干、纳米银冻干、纳米氧化锌冻干、纳米高岭土冻干、纳米二氧化硅冻干、碳纳米管冻干、石墨烯冷冻干燥等加工处理。