在干燥过程中，蛋白质的水合层被除去，这时，“优先作用”机理已不再适用。在干燥过程中的保护机理，目前主要有两大观点：（1）玻璃态假说；（2）水替代假说。
1） 玻璃态假说
这种观点认为在含有保护剂溶液的干燥过程中，当浓度足够大且保护剂不发生结晶时，保护剂与活性组分混合物就会形成玻璃态。这种玻璃态的形成可以使得冻干品的黏度达到1012Pa.s，这也是玻璃态的黏度。保护剂在蛋白质周围形成玻璃体，使大分子蛋白质的链段运动受阻，阻止蛋白质的展开和沉淀，从而抑制了蛋白质结构亚能级与结构松弛之间的相互转换，维持蛋白质分子三维结构的稳定性。
2）水替代假说
由于蛋白质分子中存在大量的氢键，结合水通过氢键与蛋白质分子联结。当蛋白质在冷冻干燥过程中失去水分后，保护剂的羟基能够替代蛋白质表面上水的羟基，使蛋白质表面形成一层“水合层”，这样就可以保护氢键的联结位置不直接暴露在周围环境中，从而保持了蛋白质天然结构和功能的完整性。
目前许多研究者比较赞同“水替代假说”的观点，这主要是因为通过傅立叶红外线频谱仪（FTIR）对蛋白质分子的结构以及蛋白质与保护剂之间的氢键作用进行直接检测，为该理论提供了证据。
