肌体组织受到0℃以下低温利用时，组织中的水分冻结形成冰晶。作用的温度不很低时，组织降温缓慢，冰晶主要在细胞外形成;作用的温度很低时，组织急骤降温，则冰晶主要形成于细胞内。细胞内的冰晶致死性损伤作用更大，故致冷剂的温度越低，对细胞的损伤作用也越大。冰晶可引起细胞的机械性损伤;组织中的水分结冰，细胞脱水，电解质浓缩使细胞中毒死亡。冰冻融解期对细胞的死亡有更为重要的作用。冰冻融解时，细胞间的冰晶先融解，从而吸收周围的大量热能，导致细胞内继续结冰，形成更大的冰晶。缓慢融冻可加强和延长此种作用，大的冰晶可致使细胞更严重的机械损伤，同时也使细胞更久地处于浓缩的电解质环境中，加速细胞的死亡。
因此，缓慢融冻对组织的破坏性更大。融冻快慢有关因素有致冷剂的温度，冷冻治疗的时间长短，组织的含水量、导热性，组织的血流供应是否丰富。如果血供丰富，则融冻加快。低温引起血循环障碍，是冷冻引起组织坏死的另一因素。低温引起血管收缩，血流减慢，进而血栓形成，阻断血流;低温可直接损伤血管，引起血管内皮细胞水肿、坏死，甚至细胞溶解，使组织发生缺血、死亡。此外，低温使构成细胞的主要成分脂质蛋白复合物发生变性，致使细胞破裂;低温引起局部温度骤然下降，使细胞发生温度性休克，也是冷冻引起细胞死亡的原因。组织被冷冻结成冰球，然后再让其自然融冻，为一次冻融周期。实验及临床证明，多次冻融较一次冻融具有更大的破坏作用，加深冷冻的深度，减少活细胞的残存率。致冷剂接触组织之处的温度最低，由此向边缘温度逐渐升高。一般认为，细胞致死的低温的最高温度线在-20℃。各种细胞对低温的敏感性不同，例如:色素细胞较为敏感，而皮肤组织、骨组织、神经组织的耐受性则较高。
