Durch die niedrigen Temperaturen gefriert die Flüssigkeit in und zwischen den Zellen des Lebensmittels. Die Mikroorganismen, die die Alterung verursachen, können sich so kaum noch vermehren. Beim industriellen Tiefkühlen wird zudem durch die besonders schnelle Schockfrostung die Bildung größerer Eiskristalle verhindert, die die Zellstrukturen aufbrechen können. Dies ist ein wesentlicher Unterschied zum Einfrieren in der eigenen Gefriertruhe. Bei der Lagerung muss das Lebensmittel luftdicht verschlossen sein, um einen Gefrierbrand zu verhindern.
Besonders beim langsamen Einfrieren, wie es bei den meisten herkömmlichen Tiefkühltruhen erfolgt, bilden sich große Eiskristalle, die die Zellstruktur des Gefrierguts in Mitleidenschaft ziehen. Daher können sich Mikroorganismen bei aufgetauten Lebensmitteln wesentlich schneller vermehren als bei frischen Produkten. Werden aufgetaute Produkte gegart oder hitzebehandelt, ist ein erneutes Einfrieren jedoch bedenkenlos möglich.