沉陽液化氣冷凍療法是一種利用低溫作用于組織引起壞死的方法來達到治療目的。這是一個生化過程。在低于0°C的低溫下使用人體組織時，組織中的水會凍結形成冰晶。當溫度不是很低時，組織會緩慢冷卻，并且冰晶主要形成在細胞外部。當溫度低時，組織迅速冷卻，并且冰晶主要形成在細胞中。細胞中冰晶的致命損害更大，因此制冷劑溫度越低，對細胞的損害越大。冰晶會導致對細胞的機械損傷，組織中水的凍結，細胞脫水以及電解質的濃縮，這些電解質會由于中毒而導致細胞死亡。凍融相對細胞死亡具有更重要的影響。冷凍和解凍時，細胞之間的冰晶首先融化，從而吸收了細胞周圍的大量熱能，導致細胞繼續冷凍并形成更大的冰晶。緩慢解凍可以增強并延長這種效果。大的冰晶會對細胞造成更嚴重的機械損傷。同時，細胞會在濃電解質環境中放置更長的時間，從而加速細胞死亡。因此，緩慢的解凍對組織更具破壞性。與解凍速度有關的因素包括制冷劑的溫度，冷凍療法的時間長度，組織的水分含量和導熱率以及組織的血液供應是否充足。如果血液供應充足，則解凍加速。由體溫過低引起的血液循環異常是由冷凍引起的組織壞死的另一原因。低溫會引起血管收縮，血流變慢，進一步形成血栓，阻塞血流，低溫會直接損傷血管，引起血管內皮細胞水腫，壞死，甚至細胞溶解，導致組織缺血甚至死亡。另外，低溫使脂蛋白復合物變性，脂蛋白復合物是細胞的主要成分，導致細胞破裂。低溫導致局部溫度突然下降，導致細胞遭受溫度沖擊，這也是由于冷凍導致細胞死亡的原因。將組織冷凍到冰球中，然后自然融化以進行凍融循環。實驗和臨床試驗證明，多次冷凍-解凍循環比單次冷凍-解凍循環更具破壞性，加深了冷凍深度并降低了活細胞的存活率。制冷劑接觸組織的溫度最低，并且溫度逐漸向邊緣升高。一般認為，對細胞致死性低溫的最高溫度線是-20°C。各種細胞對低溫的敏感性不同，例如：色素細胞更敏感，而皮膚組織，骨骼組織和神經組織更寬容。