O congelamento criogénico das células tecidulares pode levar a danos celulares e vasculares, alterações físicas, químicas e electrolíticas nas células tecidulares e no seu conteúdo, e finalmente a necrose ou apoptose. A crioterapia envolve dois processos: o congelamento e o reaquecimento. Durante a fase inicial de congelação (-4~-21℃), a formação de cristais de gelo extracelulares, ou seja, a “solução
efeito) é o principal mecanismo que causa a morte celular. A formação de cristais de gelo extracelulares aumenta a pressão osmótica extracelular e provoca a desidratação intracelular, levando ao amassamento celular e aos consequentes danos nas membranas celulares e organelas. Uma diminuição adicional da temperatura pode causar a formação de cristais de gelo dentro da célula, levando a danos irreversíveis nas organelas, seguidos de danos na membrana celular e, por fim, a morte da célula. Durante o reaquecimento, pequenos cristais de gelo recristalizam-se ou fundem-se uns com os outros para formar grandes cristais de gelo, que têm um efeito destrutivo ainda mais forte sobre a célula. Além disso, o derretimento dos cristais celulares de gelo durante o reaquecimento faz do espaço extracelular um ambiente hipoosmótico onde a água entra nas células, causando inchaço celular e levando a danos na membrana celular, permitindo assim que algumas células que não foram danificadas durante o período de congelação sejam destruídas durante o processo de reaquecimento. Os danos vasculares ocorrem principalmente durante o período de reaquecimento do congelamento e são retardados. Esta caracteriza-se por perturbações microvasculares, microtrombose, estagnação e oclusão do fluxo sanguíneo, e hipoxia das células tecidulares que conduzem à necrose celular. Tem sido sugerido que, embora as micro e pequenas artérias e veias ainda sejam difíceis de recuperar dentro de 4 horas após o reaquecimento, os grandes vasos, particularmente as grandes artérias, geralmente não são danificados e, se danificados, podem geralmente recuperar dentro das 24 horas seguintes.