Bảo tồn đông lạnh mô sinh học chỉ có thể thành công nếu nó hình thành đông kết dạng nước đá trong tế bào, nhưng không gây hại màng tế bào, như thế không phá hoại màng bán thấm của tế bào. Trong tự nhiên một số loài cây trồng có thể chịu lạnh dưới 0oC do dịch tế bào bị đông kết bằng cách tổng hợp các chất đường, proline và protein đảm bảo sự sống của tế bào ở điểm đóng băng, trong khi vẫn duy trì được độ ẩm tối thiểu cần thiết duy trì sự sống. Những loài này cũng không thể tồn tại trong điều kiện cực lạnh như bảo quản lạnh. Sự hình thành đông kết dịch tế bào không giảm nước quá mức, chỉ có thể thông qua đông lạnh nhanh. Đông lạnh nhanh là quá trình chuyển đổi lý học từ dạng dung dịch sang thể rắn. Hai
yêu cầu cho quá trình chuyển đổi này là tỷ lệ đóng băng nhanh và đông đặc dịch tế bào. Tỷ lệ đóng băng nhanh (6oC/giây), thực hiện bằng nhúng nhanh vật liệu vào dung dịch ni tơ lỏng. Tỷ lệ lạnh nhanh hơn khoảng 60oC/giây hoặc sử dụng “ droplet freezing protocol” là lớp nhôm mỏng nhúng trực tiếp vào ni tơ lỏng rồi tăng nhiệt độ lạnh lên -130oC/giây (Panis, Piette and Swennen, 2005). Dịch tế bào có thể đậm đặc thông qua làm khô hoặc khử nước trước khi làm đông kết dịch tế bào, mức nước giảm ít nhất 20 - 30%.
Làm giảm nước trong tế bào: mẫu được phơi dưới dòng khí đã tiệt trùng, mặc dù vậy phương pháp này là không điều khiển nhiệt độ và độ ẩm, cả hai yêu tố này đều ảnh hưởng mạnh đến thoát hơi nước, phương pháp làm khô sử dụng bình thủy tinh kín chứa gel silica hút ẩm có thể điều khiển được nhiệt độ và ẩm độ. Khi tế bào thực vật có chứa tác nhân kết tinh đá, trong quá trình làm lạnh chậm, đông kết bắt đầu ở khoảng không tế bào, cân đối của nước phân bố trong dịch tế bào đông lạnh chuyển thành dạng nước đá, còn lại trở thành đậm đặc, như vậy sẽ tăng sức trương của tế bào.
Qúa trình trao đổi chất thích nghi với môi trường của thực vật, thực hiện đông kết dịch bào là quá trình tăng khả năng sống sót của thực vật dưới tác động của môi trường bất thuận. Trong tự nhiên gây sốc bằng các yếu tố môi trường như giảm nhiệt độ và ánh sáng ngày ngắn. Thay đổi áp suất thẩm thấu và xử lý ABA cũng có hiệu quả tương tự. Trao đổi chất thích nghi do kết quả tăng protein, đường, glycerol, proline và β- glycine, những chất này đóng góp để tăng giá trị thẩm thấu của chất tan trong tế bào. Hầu hết các mô hydrat không chống lại giảm hàm lượng nước để đông kết chắc lại (20 - 30%) do ảnh hưởng của dung dịch và cơ giới.
Mấu chốt bảo tồn đông lạnh thành công chuyển từ chụi lạnh đến chịu khử nước, sự chống chịu này có thể giảm bằng bảo vệ lạnh với các chất như đường, amino axit, Dimethyl Sulfoxide (DMSO), glycerol. Cơ chế hoạt động của các chất khử nước chưa có những nghiên cứu đầy đủ. Như một sự lựa chọn, khử nước có thể tạo ra bằng trao đổi chất thích nghi tương tự như quan sát sự thích nghi lạnh của thực vật trong tự nhiên, thường là hướng đến tích lũy protein, đường, polyamine và hợp chất đặc thù khác có thể bảo vệ tế bào trong quá trình làm khô. Xử lý đường cũng có thể thay thế protein (Carpentier và cs, 2005) và thành phần cấu tạo màng (Ramon và cs, 2002) và ảnh hưởng đến tính đàn hồi và tính thấm của màng.
Ví dụ bảo quản các mô có các mạch nhỏ: ngâm trong môi trường CPTES với 15% DMSO đến khi cân bằng nước. Đông lạnh tại 1oC/phút và tồn trữ tại -196oC. Khi làm tan đông lạnh nhiệt độ tăng lên nhỏ hơn 50oC/phút trong phạm vi từ -140oC đến -120oC ( nhiệt độ đóng băng kính của dung dịch là -123oC), băng tan hoàn toàn khi nhiệt độ 37oC. Không có kỹ thuật điều khiển sẽ làm gãy các mạch dẫn của mô và tế bào gây hỏng vật liệu bảo quản sẽ không sử dụng được.
Nhiều loài cây trồng đang được bảo tồn bằng phương pháp đông lạnh khác nhau trên thế giới, ở Đức thu thập vi cơ quan và tế bào, mô phân sinh của 519 giống khoai tây cũ được bảo tồn bằng phương pháp đông lạnh giọt (Mix-Wagner, Schumacher và Cross, 2003), trong đó Trung tâm Nghiên cứu Cây có củ quốc tế (CIP) đã bảo tồn 345 mẫu giống khoai tây bằng đông lạnh kính.
Ngân hàng gen chuối ở trường đại học Katholieke Universiteit Leuven của Vương Quốc Bỉ (KUL) cũng đã bảo tồn lạnh rất thành công, ngoài bảo tồn In vitro trên 900 mẫu giống chuối trong nuôi cấy mô và 545 giống trong kho lạnh sâu để bảo tồn dài hạn. Bảo tồn dài hạn có thể thay đổi DNA của thực vật và đôi khi cũng nhầm lẫn nhãn và tên. Năm 2003 được hỗ trợ của nhóm tư vấn nông nghiệp quốc tế ngân hàng bảo tồn lạnh đã đưa các mẫu bảo tồn nuôi cấy mô ra nhân và đánh giá trong nhà kính, so sánh với mẫu không bảo tồn bằng nuôi cấy mô. Kết quả rất tốt, hầu hết các mẫu bảo tồn không bị thay đổi chỉ có một số
ít mẫu bị thay đổi, đây là một kết quả nghiên cứu có gía trị để các nhà bảo tồn và các nhà nghiên cứu sử dụng phương pháp này