Pembekuan kriogenik sel jaringan dapat menyebabkan kerusakan sel dan kerusakan pembuluh darah, perubahan fisik, kimiawi dan elektrolit pada sel jaringan dan isinya, dan akhirnya menyebabkan nekrosis atau apoptosis. Cryotherapy melibatkan dua proses: pembekuan dan penghangatan kembali. Selama tahap awal pembekuan (-4 ~ -21 ℃), pembentukan kristal es ekstraseluler, yaitu “larutan
efek) adalah mekanisme utama yang menyebabkan kematian sel. Pembentukan kristal es ekstraseluler meningkatkan tekanan osmotik ekstraseluler dan menyebabkan dehidrasi intraseluler, yang mengarah pada penggumpalan sel dan akibatnya kerusakan pada membran dan organel sel. Penurunan suhu lebih lanjut dapat menyebabkan pembentukan kristal es di dalam sel, yang menyebabkan kerusakan permanen pada organel, diikuti dengan kerusakan membran sel dan akhirnya kematian sel. Selama penghangatan ulang, kristal es kecil akan mengkristal kembali atau menyatu satu sama lain untuk membentuk kristal es besar, yang memiliki efek merusak yang lebih kuat pada sel. Selain itu, mencairnya kristal es seluler selama penghangatan ulang membuat ruang ekstraseluler menjadi lingkungan hipo-osmotik tempat air masuk ke dalam sel, menyebabkan pembengkakan sel dan menyebabkan kerusakan membran sel, sehingga memungkinkan beberapa sel yang tidak rusak selama periode pembekuan dihancurkan selama proses penghangatan ulang. Kerusakan pembuluh darah terutama terjadi selama periode penghangatan kembali dari pembekuan dan tertunda. Hal ini ditandai dengan gangguan mikrovaskular, mikrotrombosis, stagnasi dan oklusi aliran darah, dan hipoksia sel jaringan yang menyebabkan nekrosis sel. Telah disarankan bahwa meskipun arteri dan vena mikro dan kecil masih sulit untuk pulih dalam waktu 4 jam setelah penghangatan ulang, pembuluh darah besar, terutama arteri besar, umumnya tidak rusak dan, jika rusak, umumnya dapat pulih dalam waktu 24 jam berikutnya.