Liofilizacija je proces poznatiji kao sušenje zamrzavanjem. Riječ je izvedena iz grčkog, a znači “učinjeno da voli otapala”. Ovaj proces je način sušenja nečega koji minimizira oštećenje njegove unutarnje strukture. Budući da se radi o relativno složenom i skupom obliku sušenja, ograničeno je na one materijale koji su osjetljivi na toplinu i imaju osjetljivu strukturu i značajnu vrijednost. Jedna od rijetkih tvari koja se ne može učinkovito očuvati sušenjem zamrzavanjem su stanice sisavaca, koje su previše krhke.
Poželjna metoda konzerviranja u biotehnološkoj industriji, liofilizacija se redovito koristi za očuvanje cjepiva, lijekova i drugih proteina. Sušenje zamrzavanjem se također koristi za očuvanje posebnih prehrambenih proizvoda, eliminirajući potrebu za hlađenjem. Liofiliziranu hranu jedu planinari i astronauti. Botaničari koriste liofilizaciju za neograničeno očuvanje uzoraka cvijeća. Budući da se postupkom sušenja zamrzavanjem uklanja većina vode iz uzorka, liofilizirani materijali postaju visoko upijajući, a samo dodavanje vode može vratiti uzorak u nešto što je blisko izvornom stanju.
Troškovi energije i opreme liofilizacije su oko 2-3 puta veći od onih kod drugih metoda sušenja. Ciklus sušenja je također duži, oko 24 sata. Najprije se temperatura uzorka snižava do točke blizu točke smrzavanja. Zatim se uzorak ubacuje u vakuumsku komoru. Energičnije molekule izlaze, dodatno snižavajući temperaturu, dok ekstremno nizak tlak uzrokuje izvlačenje molekula vode iz uzorka. Na vakuumsku komoru je spojen kondenzator, koji vlagu iz zraka pretvara u tekućinu i sifonira je.
Tijekom cijelog procesa pazi se da struktura uzorka ostane konstantna. Na primjer, uzorak bi mogao biti samo zamrznut vakuumom, a ne zamrznut pod atmosferskim tlakom, ali to bi uzrokovalo skupljanje uzorka, nepovratno oštećujući njegovu strukturu.
Primarni mehanizam koji omogućuje sušenje zamrzavanjem je sublimacija, pri čemu se led izravno pretvara u vodenu paru, bez prolaska kroz posredni stupanj tekućine. Umjesto zagrijavanjem, to se postiže uklanjanjem pritiska tako da led proključa, a da se ne otopi. Rezultat je uzorak čija je struktura u velikoj mjeri očuvana, koji se može pohraniti na sobnoj temperaturi i tlaku.