主要由干燥箱（又称冻干室）、冷阱、制冷系统、真空系统、加热系统和控制系统等组成（见图）。干燥箱是物料进行干燥的场所。要求具有良好的密封性和耐温性，内部通常设置有下搁板和上搁板，物料通常放置在下搁板上。为了达到卫生或无菌要求，通常采用不锈钢材料制造。冷阱的作用是在真空系统中提供一个比物料升华界面温度低得多（低20℃或更大）的低温表面。温差的存在形成水蒸气的饱和蒸气压之差，从而为物料中升华水蒸气逸出提供传质驱动力。逸出的水蒸气在冷阱低温表面凝结成液态水并被排除系统。冷阱可以放在干燥箱外，也可以放在干燥箱内。制冷系统是在冷阱处形成低温条件的设备，有些还在干燥箱内起制冷冷却的作用。制冷系统可以有蒸气压缩式制冷、热电制冷、液氮制冷等多种方式。真空系统是抽走“非凝性”气体的设备。在冷冻干燥温度范围内，空气是主要的“非凝性”气体，除了外界大气漏入的空气，也包括由物料中逸出的空气或者其他气体。冷冻干燥设备要求的真空度约1帕，所需的真空泵要求能用于水蒸气，可以采用旋片式机械真空泵或者在其低压侧再加罗茨泵实现。加热系统用来对物料进行加热。一般采用下搁板以导热的方式进行；也可以用上搁板以辐射的方式进行。搁板中可以装置电加热器，也可以装载热剂。搁板的温度由温控系统控制。

真空冷冻系统构成