低溫會使菌株細胞內的水分形成冰晶，從而引起細胞結構尤其是細胞膜的損傷。
細胞體積大者一般要比較小者對低溫更為敏感，而無細胞壁者則比有細胞壁者敏感。如果放到低溫（不是一般冰箱）進行冷凍時，會產生冰晶，冰晶呈針狀，極易導致細菌的嚴重損傷。用電鏡觀察，可見細菌的核膜上有大量針尖樣小孔，當從低溫下移出并開始升溫時，冰晶又會變大，故反復凍存，會對菌株造成極大損傷。
