Pakastekuivaus, jota tiedemiehet voivat kutsua lyofilisoinniksi, käyttää sekä tyhjiötä että pakastusprosessia veden poistamiseksi pilaantuvista elintarvikkeista ja lääkkeistä. Tuloksena on tuote, joka voidaan säilyttää huoneenlämmössä vuosia ilman pilaantumista tai pakata rajoitetusti säilytystilaan ja liuottaa uudelleen veteen myöhemmin. Pikakahvin valmistajat käyttävät usein pakastekuivausta, samoin kuin ravitsemusterapeutit, jotka luovat aterioita leiriläisille, sotilaille ja astronauteille. Tätä prosessia käytetään myös lääketeollisuudessa ilman tai kosteudelle herkkien lääkeaineiden eheyden säilyttämiseksi.
Ruoan kuivaaminen lämmöllä säilyttämiseksi on vanha käsite, mutta sillä on tiettyjä haittoja. Ruoan sisällä oleva vesi on nestemäisessä muodossa, mutta auringon tai muun lähteen lämpö muuttaa sen hitaasti kaasuksi. Kun neste poistuu ruoasta, soluseinät vaurioituvat usein ja ruoan olennainen maku ja rakenne menetetään. Veden lisääminen lämmöllä kuivattuihin elintarvikkeisiin ei aina palauta makua tai koostumusta. Siksi kylmäkuivauksella on etu lämpökuivaukseen verrattuna säilöntäprosessissa.
Pakastekuivaus sisältää ensin elintarvikkeen tai kemiallisen yhdisteen jäähdyttämisen, usein paljon veden jäätymispisteen alapuolella. Tässä vaiheessa kaikki ruoan sisältämä vesi on jäädytettävä kiinteiksi kiteiksi. Hedelmien, vihannesten tai lihan perusrakenne ei ole muuttunut, mutta vesipitoisuus on kiinteässä tilassa. Puolet prosessista on suoritettu tässä vaiheessa lämpötilan alentamisen avulla.
Kuivausprosessiin kuuluu tyhjiökammion käyttö. Pakastetut elintarvikkeet tai kemikaalit asetetaan tyhjiökammioon ja ympäröivä ilma pumpataan ulos. Jos tämä prosessi suoritettaisiin huoneenlämmössä, ruoka tuhoutuu todennäköisesti, kun nestemäinen vesi pakotti tiensä tyhjiökammioon. Kuitenkin jäädytetyt vesikiteet muuttuvat kiinteästä jäästä kaasuksi ohittaen nestemäisen tilan kokonaan.
Tätä prosessia kutsutaan sublimaatioksi. Se on sama vaikutus, joka saa kiinteän kuivan jään käytännöllisesti katsoen katoamaan vasaralla. Kylmäkuivausprosessin aikana kiinteä vesi muuttuu tyhjökammiossa höyryäväksi kaasuksi jättäen kaikki kiinteät ruoka -aineet dehydratoituneiksi.
Kun vesi on poistettu pakastekuivauksella, kuivatut elintarvikkeet tai kemikaalit säilytetään usein tyhjiöpakkauksissa, jotta ilma ja kosteus eivät pääse niihin. Nämä pakkaukset voidaan säilyttää huoneenlämmössä, koska bakteerit ja muut haitalliset organismit eivät voi selviytyä ilman ilmaa. Pakastekuivaus jättää myös pienet huokoset, joissa jäädytetyt vesikiteet olivat. Siksi pikakahvi sekoittuu nopeasti ja perusteellisesti kuumaan veteen. Kylmäkuivaus on myös suosittu prosessi avaruusajan jäätelöjälkiruokien ja reppuystävällisten aterioiden luomiseen retkeilijöille ja leiriläisille.