Külmkuivatamise põhiprintsiip põhineb vee kolmeastmelisel muutumisel. Vesi on tahkes, vedelas ja gaasilises olekus ning need kolm olekut võivad mõlemad muutuda üksteiseks ja eksisteerida koos. Kui vesi on kolmikpunktis (temperatuur on 0,01 kraadi, veeauru rõhk on 610,5 Pa), võivad vesi, jää ja veeaur eksisteerida koos ja tasakaalustada üksteist. Kõrgvaakumolekus kasutatakse sublimatsiooni põhimõtet, et eelkülmutatud materjalis olev vesi eemaldataks jää olekus otse veeauruks ilma jääd sulatamata, et saavutada külmkuivatamise eesmärk. Külmkuivatatud tooted on käsnataolised, ei kahane, suurepäraselt rehüdreerivad, väga vähe niiskust ning neid saab pärast vastavat pakendamist pikka aega toatemperatuuril säilitada ja transportida. Kuna vaakumkülmkuivatamisel on teistest kuivatamismeetoditest võrreldamatud eelised, on seda tehnoloogiat alates selle loomisest üha enam eelistatud ning selle rakendused meditsiinis, bioloogilistes toodetes ja toiduainetes on muutunud üha ulatuslikumaks. Seerum, tüved, traditsiooniline hiina ja lääne meditsiin ja muud bioloogilised tooted on enamasti bioaktiivsed ained, samuti annab vaakumkülmkuivatustehnoloogia hea lahenduse bioloogilise aktiivsuse säilitamiseks.