一個完整的真空系統包括真空容器、真空泵、真空儀表、真空閥門和真空管道。凍干箱和捕水器是凍干機真空系統的大容器，真空泵通過抽空閥抽捕水器，再通過主閥抽凍干箱；在真空泵頭和凍干箱及捕水器上均裝有真空測量裝置，以便測量系統的真空。
凍干機對真空系統有如下要求：
容器耐壓 凍干機的真空容器（凍干箱和捕水器）必須能抵抗大氣的壓力，帶蒸汽滅菌的凍干箱和捕水器還需能承受蒸汽滅菌時的高壓和高溫。
抽空時間 在0.5h左右的時間使凍干箱抽空到10Pa。這是對真空泵抽空能力求，需根據凍干箱和捕水器容積的大小選擇真空泵的排氣量。
根限真空 凍干箱的最高真空應能達到0.5～10P。這是對容器直空度的要求，一般選用雙級旋片式真空泵，或油封式旋轉泵再加羅茨泵。
體干箱的漏率 凍干箱的漏率應能達到5X102Pa?L/s。系統密封性的要求：要求設計先進，焊接可靠，加工精密，裝配仔細，選用高性能的真空閥門和部件等，符合GMP的要求，真空系統中凍干箱和捕水器及關聯的部件需使用不銹鋼制造；密封材料要使用聚四氯乙烯、硅橡膠或醫用橡膠；希望是潔凈的抽空系統，不對凍干箱的產品產生任何污染。
對于凍干設備，真空系統設計計算的目的就是依據干燥室的實際需要，設計配置出能夠滿足凍干工藝要求的真空系統。計算的內容包括：按照干燥室所要求的極限真空、工作真空和氣體負荷，確定選取主泵的類型和規格型號；依據氣體連續性原理為主泵配置合適規格型號的前級泵；在初步設計出捕水器和連接管道、閥門等附件組成的系統具體結構之后，校核驗算系統所能達到的極限真空度和工作真空度，以及達到某一指定壓力所需要的抽氣時間，是否滿足設計要求，這其中又涉及氣體在管路中的流動狀態判別、管路的流導計算和有效抽速計算等內容。
目前冷凍真空干燥設備中常用的真空機組主要有羅茨泵機組、水環-大氣真空泵機組等多種。從真空角度考慮，在設計抽氣系統的具體結構時應滿足如下基本要求：
為提高抽氣系統的通導能力，系統中各元件間的管道應短而粗、少彎曲，主泵和真空室間的管道直徑不應小于主泵吸氣口的直徑。
系統應本著串聯可以提高極限真空度、并聯可以提高抽氣速率的原則，組合各泵間的抽氣程序。
為了保證系統的密封性能，被抽系統的總漏氣率須限制在允許漏氣率范圍之內，盡量提高設備的制造水平，
為了防止機械泵振動和返油，在機械泵人口處應設置緩振軟管和放氣閥，為節省能源、縮短工作周期，對大型真空系統應配置維持泵。
為實現系統的自動操作和安全運轉，在抽氣系統和水冷系統上應分別設置真空繼電器和水壓繼電器，真空系統也可考慮選用微機程序控制。
真空系統建成后應便于測量和檢漏，為迅速找到漏孔，應進行分段檢漏，因此每個用閥門封閉的空間至少應設置一個測量點，以便于測量和檢漏。真空計測量規管的位置應選在沒有水套的位置上，而且應使規管直立，最好不要橫放。
真空系統一般的設計計算程序為：
繪制真空系統草圖，確定真空系統各部位尺寸，為精算系統創造條件；
精算各真空泵，包括真空度和抽氣時間的計算，確認是否滿足給定的參數要求，如果達不到要求應重新選泵和配泵，直到滿足已定的參數要求為止；
制冷系統是凍干機上提供冷量的裝置。凍干機上需冷量的地方主要是凍干箱和水汽凝結器。兩者既可以用一套制冷系統，也可以用各自獨立的兩套制冷系統。通常，較大的凍干機都用兩套各自獨立的制冷系統，凍干箱上多用間冷式循環，水汽凝結器多用直冷式循環。
制冷系統所用制冷機的大小，按凍干箱耗冷量和水汽凝結器的耗冷量的計算值確定。制冷系統所用的制冷劑種類和制冷循環方式，應根據凍干物料所需的溫度選擇。
凍干箱只有在降溫和保溫兩階段需要冷量。降溫階段指擱板和被干燥的產品從室溫降到凍結所需的最低溫度的時間；保溫階段指擱板保持在上述最低溫度下使產品凍牢所需的時間。由于后者的冷負荷遠小于前者，在設計中可按前者的冷負荷選擇制冷機。
降溫時間的選定直接影響到制冷機大小的選配，所定的降溫時間越短，需配制冷機的制冷能力越大。確定降溫時間主要考慮以下幾個因素：
應滿足產品降溫速率的要求。因降溫速率對產品晶格的大小、活菌率、干燥速率等有直接影響。降溫速度快，結晶細，干燥速率慢，細菌成活率高；反之則相反。在箱內擱板凍結時，所設計的冷凍干燥機必須首先滿足產品凍干工藝的要求，才能生產優質產品。
凍干周期包括產品進箱、箱體降溫、保溫、升華、產品出箱等階段，還有箱體清洗消毒、水汽凝結器化霜等輔助時間。因此降溫時間也受整個凍干周期的限制。而凍干周期的確定應有利于組織生產。
箱體降溫與水汽凝結器所需的制冷機容量應綜合考慮，使之可以共用或相互備用，以提高機器的安全可靠性。
一般擱板溫度比產品的共晶點溫度低5一10℃。
降溫階段的耗冷量一般包括：
捕水器耗冷量的計算包括：
凍干設備上一般按制冷溫度選制冷劑和制冷循環。一般單級壓縮可制取-20～-40℃的低溫，雙級壓縮可制取-40～-70℃的低溫，復疊式制冷循環可得到-50～-80℃的低溫。
