Pierwszym etapem liofilizacji jest zamrożenie pod ciśnieniem atmosferycznym. Kolejny etap to I faza suszenia sublimacyjnego, czyli sublimacja lodu, przebiegająca pod znacznie obniżonym ciśnieniem. Ostatnim zaś dosuszanie, czyli II faza suszenia sublimacyjnego, mająca doprowadzić do otrzymania żądanej wilgotności substancji, z reguły mieszczącej się w przedziale 1-2%. Każdy z tych etapów prowadzony jest w innej temperaturze fazowej, charakterystycznej dla danej substancji.
Produkt poddany liofilizacji, czyli po usunięciu wody, ma znacznie mniejszą masę niż wyjściowy. Jednocześnie zostaje zachowany jego kształt, zapach, kolor (z nielicznymi wyjątkami), a także wartości odżywcze (jeśli mówimy o żywności). Ponadto pozbycie się wody w naturalny sposób konserwuje żywność, gdyż w procesie liofilizacji ginie większość drobnoustrojów, a pozostałe w substancji pozbawionej wody nie będą miały warunków do rozmnażania.
Liofilizacja przeprowadzana jest w urządzeniach zwanymi liofilizatorami, umożliwiającymi precyzyjne nastawienie parametrów procesu. Liofilizatory charakteryzowane są najczęściej przez wydajność wyrażaną w kg lodu na dobę przy określonej temperaturze. Preparat poddany liofilizacji nazywa się liofilizatem.
Liofilizacja na skalę przemysłową została wykorzystana po raz pierwszy do wytwarzania produktów spożywczych dla wojska podczas drugiej wojny światowej. Liofilizowanie żywności jest obecnie bardzo popularne, zwłaszcza w sektorze fit oraz outdoor. Najważniejsze zalety takiej żywności to niska masa, długi okres przechowywania, łatwość przygotowania posiłku, jego atrakcyjny wygląd i zapach, a także zachowanie wartościowych składników. W sklepach znajdziemy liofilizowaną kawę, owoce (jagodowe, jabłka, banany), warzywa, przyprawy, mleko w proszku i in.
Ponadto liofilizacja odgrywa istotną rolę w przemyśle farmaceutycznym i kosmetycznym, ułatwia przechowywanie i konserwowanie materiałów biologicznych, w tym szczepów mikrobiologicznych. Umożliwia także otrzymywanie niektórych leków. Liofilizacja preparatów kosmetycznych chroni przed zniszczeniem cenne biologicznie składniki, jak uniemożliwia skażenie mikrobiologiczne.
Proces liofilizacji wykorzystywany jest także do suszenia drewna (zwłaszcza archeologicznego) oraz zbiorów bibliotecznych. W branży chemicznej służy natomiast do przygotowywania próbek do analizy.
