胚胎冷冻保存是指在超低温（-196℃）状态下将胚胎暂时贮存起来而不丧失活力。低温能抑制生物体的生化活动。生物体内的一切新陈代谢过程中的化学变化虽然大多数是因为蛋白酶的催化作用，而表现出各种特殊形式，但仍然都服从于某些共同的物理和化学规律。比如许多酶促反应速度、心搏速度、呼吸速度、神经冲动传播速度和变质反应速度等，都证明了温度对化学反应速度的影响。由此可见，动物胚胎低温保存原理就是依靠低温降低胚胎或配子的变质反应速度。温度越低，保存时间就越长。

胚胎虽然可以在低温下实现长期保存，但如果操作不当，在胚胎或配合子的冷冻过程中也会造成许多低温损伤。第一种损伤因素是溶液损伤，由于冷却速率过慢，胞外溶液中水分大量结冰，溶液浓度提高，胞内水分大量渗出，导致细胞的强烈收缩和细胞处于高浓度的溶液中时间过长，从而造成细胞损伤。第二种损伤因素是胞内冰晶损伤，由于冷却速率过快，胞内水分来不及通过细胞膜向外渗出，胞内溶液过冷而结冰，从而造成细胞损伤。相应地，在解冻／复温的过程中，如果复温速率不当，即使胚胎在冷却时没有遭受致命的损伤，也会因为在温度较高区域的时间过长，即复温过慢，引起胞内再结晶而造成细胞或胚胎的致命损伤。此外，低温保护剂的加入或去除不当，会引起明显的渗透压的变化；而且，细胞内外的电解质浓度改变也是影响胚胎低温保存的关键因素。

有效降低细胞损伤的方法就是使用冷冻保护剂(cryoprotectants)。理想的冷冻保护剂应该具有三方面的特征，即可以快速渗入细胞内，对温度依赖性低以及对细胞的毒性小。目前根据保护剂的分子大小和／或渗透性，可将冷冻保护剂分为两种。一种是渗透性冷冻保护剂(permeating solute)多是一些小分子物质，可以透过细胞膜渗透到细胞内。渗透性冷冻保护剂主要包括二甲基亚砜、甘油、乙二醇、丙二醇、乙酰胺和甲醇等。其保护机制是在细胞冷冻悬液完全凝固之前，渗透到细胞内，在细胞内外产生一定的摩尔浓度，降低细胞内外未结冰溶液中电解质的浓度，从而保护细胞免受高浓度电解质的损伤同时，细胞内水分也不会过分外渗，避免了细胞过分脱水皱缩。在使用渗透性冷冻保护剂时，需要一定时间进行预冷，在细胞内外达到平衡以起到充分的保护作用。非渗透性保护剂(non-per-meating solute)一般是些大分子物质，不能渗透到细胞内。主要包括聚乙烯吡咯烷酮、蔗糖、聚乙二醇、葡聚糖、白蛋白及羟乙基淀粉等。保护机制的理论推测很多，其中一种可能是聚乙烯吡咯烷酮等大分子物质可以优先同溶液中的水分子相结合，降低溶液中自由水的含量，使冰点降低，减少冰晶的形成；同时，由于其分子量大，使溶液中电解质浓度降低，从而减轻溶质损伤。