Lyofilizace, také známá jako sušení zmrazením, je proces odstraňování vody z materiálu (typicky potravin, léků, bakterií, enzymů nebo biologických vzorků) pomocí sublimace. Sublimace je přechod látky z pevného stavu přímo do plynného stavu, aniž by procházela fází tekutého stavu. Tímto způsobem lze vodu odstranit z materiálu bez poškození jeho struktury nebo vlastností.

Proces lyofilizace obvykle začíná zmrazením materiálu při velmi nízkých teplotách. Zmrazení způsobuje, že voda v materiálu přechází do pevného stavu (ledu). Poté se vytvoří podtlak v lyofilizační komoře a za použití vakuového systému se přechází k fázi sublimace. Při tomto procesu se voda v materiálu mění přímo z ledu na páru, která je odstraňována z materiálu a zachycena ve formě ledu nebo kondenzovaného plynu.