Liofilizacija ili sušenje zamrzavanjem je proces u kojem je voda zamrznuta te uklonjena iz uzorka inicijalno sublimacijom, odnosno primarnom dehidratacijom, a zatim desorpcijom odnosno sekundarnom dehidratacijom. Tijekom zamrzavanja, materijal je ohlađen ispod svoje trojne točke, odnosno najniže temperature u kojoj je u materijal postoji u sva tri agregacijska stanja. Kako bi proces liofilizacije bio što brži i efikasniji, preferiraju se veliki kristali leda. Nadalje, tijekom sublimacije tlak je snižen, a dovoljno topline je osigurano materijalu. Potrebna količina topline može se izračunati koristeći latentnu toplinu sublimacije. Na početku sublimacije, sublimira oko 95 % vode u materijalu. Ova faza može biti vrlo spora, jer ako je dovedeno previše topline, može doći do promjena na materijalu koji se podvrgava liofilizaciji. Tijekom desorpcije ili sekundarne dehidratacije uklanjaju se nezamrznute molekule vode, s obzirom da je led uklonjen tijekom primarne dehidratacije. Uobičajeno, tlak je snižen radi poboljšanja desorpcije. Nakon završetka liofilizacije, a prije zatvaranja materijala, u vakuum se unosi inertni plin kao što je dušik. Ovaj proces se koristi u prehrambenoj industriji za sastojke koji su termolabilni ili nestabilni u vodenim otopinama prilikom duljeg perioda skladištenja, a stabilni u suhom stanju. U prehrambenoj industriji liofilizacija se primjenjuje za očuvanje hrane te smanjenje njene mase, kao i svaki proces dehidratacije. Liofilizacija je popularizirana u procesu pravljanjenja liofiliziranog sladoleda kao primjera hrane za astronaute, a vrlo često se primjenjuje za namirnice poput voća, povrća, mesa, jaja i mliječnih proizvoda.