低温会使菌株细胞内的水分形成冰晶，从而引起细胞结构尤其是细胞膜的损伤。
细胞体积大者一般要比较小者对低温更为敏感，而无细胞壁者则比有细胞壁者敏感。如果放到低温（不是一般冰箱）进行冷冻时，会产生冰晶，冰晶呈针状，极易导致细菌的严重损伤。用电镜观察，可见细菌的核膜上有大量针尖样小孔，当从低温下移出并开始升温时，冰晶又会变大，故反复冻存，会对菌株造成极大损伤。
