常见的相变通常指固-液两相间的转变，即凝固或融化过程，也涉及液-气相间转变，即汽化、液化过程，但是鲜有涉及固-气相间转变，即升华或凝华过程。

低温生物医学起源于1949年两位英国科学家C.波尔热和A.U.史密斯的偶然发现：将甘油作为保护剂保存的精子，在经历冷冻复苏后仍然能够存活。这一重大发现被发表在《自然》。从那时起，低温生物学成了生物学家们的关注焦点。在此后的几十年中，科学家们逐渐将低温生物学的研究领域从单个细胞拓展深入到生物组织和器官。20世纪70年代起，工程热物理领域的学者开始介入此领域，他们着重研究生物组织经历相变过程时由于温度分布不均匀产生的热应力以及温度变化本身造成的内应力的影响，探索生物组织相变传热原理机制的应用，并发展相应的理论、技术和仪器设备。

研究生物组织相变传热的原理和机制具有非常高的生物医学价值，其主要体现在生物组织保存和肿瘤治疗两大领域。

在生物组织保存过程中，生物材料一般需要经历降温和复温两个过程。在降温过程，即冻结过程中，由于不同生物组织特有的结构与传热特性，整个组织在短时间内无法得到均匀的降温，由此在组织不同部位会出现温差致使组织内部产生热应力，从而造成组织结构损伤。同时生物组织本身经历相变过程时，也会产生内应力，这也是造成组织结构受损的一个因素。而在复温过程，即融化过程中，细胞内原有的冰晶获得能量后，会出现持续生长现象，即使是快速均匀的复温仍然不能避免组织内部发生再结晶现象。同时，复温过程中，冰晶也会融化，产生的热应力和内应力对生物组织造成的损伤更为剧烈。因此利用生物组织相变的原理和机制探索可以有效地降低相变过程对生物组织造成的机械损伤，并且研发相关的仪器设备对提高生物组织冷冻保存效率具有重要意义。针对此类原理制作的冷冻复温仪器有程序降温仪、单模谐振腔等。

肿瘤的微创治疗已经成为当代临床医学的发展前沿。在众多的微创医学途径中，低温外科手术作为一种有效的物理疗法尤为引人瞩目。其原理是通过控制性的冷冻和辅助性措施，促使病变组织经历特定的降温、冻结及融化乃至更多的复合过程，以达到破坏组织结构的目的。与冷冻治疗机理相反但同属于物理疗法的是肿瘤的高温热疗，此项技术是通过加热的方法来杀伤病变组织。常见的方法有：通过微波、射频、超声、激光等产生热源，在病变组织中以同心球形状的场式将热量不断向外传递，使病变组织经历沸腾、汽化等相态变化来达到杀伤肿瘤的目的。其典型的应用为肿瘤治疗中的冷热刀医疗设备、射频加热设备。