Đông lạnh chậm sử dụng chất bảo vệ lạnh (Cryoprotectant agents - CPA) với nồng độ thấp (khoảng 1-2M) thêm vào môi trường đông lạnh, tốc độ làm lạnh giới hạn khoảng 0,1-1,0oC/phút). Quá trình làm lạnh thực hiện nhờ các máy giảm nhiệt, các tế bào được khử nước với tốc độ chậm [24].
Trước khi giảm nhiệt độ tế bào xuống dưới 0oC, TBT sẽđược tiếp xúc với môi trường có CPA với nồng độ thấp (khoảng 1-1,5M/lít) để làm mất nước nội bào nhằm hạn chế sự hình thành tinh thể đá. Thường trong giai đoạn này, người ta chỉ
sự dụng một loại CPA (propanediol - PROH, DMSO hay EG). Do tính thấm qua màng tế bào của nước cao hơn của CPA, nên sự di chuyển của nước ra khỏi tế bào nhanh hơn sự di chuyển của CPA vào tế bào. Chính điều này làm cho tế bào ban
đầu bị giảm thể tích, sau đó phục hồi dần thể tích [12, 24].
Giai đoạn mất nước thứ hai diễn ra khi cho TBT tiếp xúc với môi trường có CPA. Ban đầu TBT kết hợp với một CPA không có khả năng thấm qua màng tế bào (sucrose hay oligosaccharide khác), sau đó, TBT được làm lạnh xuống dưới 0oC. Kết quả của phương pháp đông lạnh chậm sẽ tối ưu khi tốc độ hạ nhiệt tạo nên sự
cân bằng giữa tốc độ nước ra khỏi tế bào và tốc độ nước hình thành nên tinh thểđá ngoại bào [12, 24].
Trong phương pháp này, các tổn thương do độc tính chất bảo vệ lạnh và nồng
độ thẩm thấu cao thường không đáng kể. Tuy nhiên, nồng độ của các CPA không
đủ để ngăn chặn sự hình thành tinh thể đá nội bào. Vì vậy, cần có một bước can thiệp trong phương pháp này, đó chính là sự tạo mầm tinh thể đá (seeding). Bước này kích thích sự hình thành tinh thể khác lan tỏa dần khắp môi trường, làm cho nồng độ thẩm thấu xung quanh TBT tăng dần. Lúc này nước thoát ra khỏi TBT nhờ
hiện tượng thẩm thấu, vì vậy sẽ làm giảm nguy cơ hình thành tinh thể đá nội bào. Trong quá trình tiến hành cần kiểm soát chặt chẽ, nếu không sẽ làm tổn thương đến màng tế bào [12, 24].
Ở nhiệt độ -30oC đến -40oC, khi nước trong nội bào đã được loại bỏ hết và nước ngoại bào đã chuyển sang dạng tinh thể đá thì sẽ chuyển cọng rạ chứa TBT xuống lưu trữở nhiệt độ thấp (-196oC). Sau một thời gian bảo quản, sẽ tiến hành rã
đông tùy theo cách trữ lạnh. Quá trình rã đông diễn ra với nguyên lí hoàn toàn trái ngược với quy trình đông lạnh, trong đó quá trình bù nước được diễn ra theo từng bước với nồng độ CPA giảm dần [12, 24].