食品真空冷冻干燥机主要由制冷系统、真空系统、加热干燥系统控制系统等组成。
1.制冷系统食品的预冻结可以在干燥箱外完成，也可在干燥箱内完成。对于在干燥箱内完成预冻结的真空冷冻设备来说，其制冷系统既要负担食品预冻结的冷负荷，又要负担捕捉水蒸气的冷阱的负荷。冷阱即制冷系统中的蒸发器。
在真空冷冻干燥中，冷阱应保持足够低的温度，以保证升华出来的水蒸气有足够的扩散动力，同时防止水蒸气进入真空泵。冷阱表面应有适当的温度（一般为-40℃~-50℃）和足够的捕水面积。
2.真空系统在真空系统工作时，主要用低温泵在低温表面上吸收气体分子，从而达到抽气的目的，气体并不被排到外界。目前普遍采用闭路循环氦压缩机真空泵，常用GTM和SALVY低温泵。冷冻干燥的真空系统和普通的真空系统有所不同，冷冻干燥的真空系统不但要排除空气，而且还要不断地脱除升华出来的水蒸气，并有一定的抽除速度要求。
食品冷冻干燥设备中的真空系统有两种，一种是不带冷阱的水蒸气喷射真空系统，另一种是带有冷阱的油封式机械真空泵系统。为了避免因气载太大，泵易发热和大量气体吸收后饱和而不能工作的问题，一般配用前级泵把大量气体抽除，从而可以安全和可靠地工作。
3.加热干燥系统加热系统为干燥提供热量，加快干燥的速度，称为加热干燥系统。加热方式有直接加热和间接加热两种，直接加热一般采用包绝缘矿物材料和金属保护套的电热丝；间接加热是利用各种热源，首先在干燥箱外部将载热介质加热，然后再用泵输送到干燥箱内的搁板中。加热热源可以用电、气、煤等，载热介质包括水、矿物油、水蒸气、乙二醇的水溶液等。
除上述两种加热方式外，也有辐射加热板，为利用红外辐射加热，以及用高频微波加热的加热板。
4.控制系统控制系统的控制包括制冷机、真空泵的起、停，加热温度的控制，物料温度、冷阱温度、真空度的测试与控制，自动保护和报警装置等。自动控制系统的功能是对冻干机的各个重要参数进行测量、显示，根据预先的设置对冻干机进行精确控制，使其运行在规定的状态，并可对故障状态报警并自动应急处理。通过测量和记录冻干过程的工艺参数，可以完整地了解整个冻干过程。对这些参数实施有效的控制，则可以实现对整个冻干过程的优化。即在保证产品品质的前提下，提高生产效率及减少能量消耗。
