（一）蛋白質變性
食品中的結合水是與原生質、膠體、蛋白質、淀粉等結合的，在凍結時，水分從其中分離出來而結冰。這也是一個脫水過程，過程往往是不可逆的，尤其是緩慢的凍結，其脫水程度更大，冰晶體主要在細胞間隙中形成，胞內水分產生外移，原生質膠體和蛋白質等分子過多失去結合水，分子受壓凝集，會破壞其結構，或者由于原生質體中因濃縮作用而使無機鹽濃度提高，產生鹽析作用而使蛋白質變性。蛋白質在貯藏過程中發生變性是肉類、乳類、蛋類、豆類等富含蛋白質的食品在貯藏或加工過程中發生的一種變性現象。蛋白質的水解和變性對食品質量有很大的影響。蛋白質的變性主要有熱變性、凍結變性、脫水變性等。蛋白質凍結變性主要指含蛋白質的食品如動物肉類、魚貝類等在凍結貯藏后，其所含蛋白質的ATPase活性減少，肌球蛋白的溶解性降低。防止蛋白質凍結變性的方法即為快速凍結、低溫貯藏，凍結前添加糖類、磷酸鹽類、山梨醇、天冬氨酸等氨基酸、檸檬酸等有機酸、氧化三甲胺等物質，均可防止或減輕蛋白質的凍結變性。
水產品中的脂肪在耐低溫的磷脂酶作用下水解產生不穩定的游離脂肪酸，其氧化產物醛、酮等可促使蛋白質變性，此作用在凍藏時較突出。這些情況都會使這些物質失掉對水的親和力，以后水分即不能再與之重新結合。蛋白質變性或不可逆的凝固，會造成細胞死亡，解凍后組織解體、質地軟化、流出汁液、風味下降等。
（二）淀粉老化
淀粉類食品在慢速凍結過程中，其保水性會減少，發生淀粉老化的現象。淀粉老化的最適溫度是2~4℃，亦稱淀粉的最大老化溫度帶。慢速凍結過程中，食品不能快速通過這個溫度帶，淀粉類食品就易發生淀粉老化現象。在食品食用和保藏過程中，經常遇到食味不可口，如新鮮蛋糕放置幾天后變硬，這種發生淀粉老化的面包和蛋糕吸水率減小，從而失去了原有的柔軟度，可口性也差。
（三）變色
食品凍結中的變色主要是水產品的變色。從外觀上看有褐變、黑變、退色等現象。水產品變色的原因如下。
（1）自然色澤被氧化、分解。如金槍魚肉褐變，紅色魚皮的退色等。
（2）產生新的變色物質。如蝦類的黑變，鱈魚肉的褐變等。凍結產品的變色有褐變、黑變、退色等，會影響產品外觀和風味。常見變色的原因有：美拉德反應，如鱈魚肉中的核酸系物質反應生成核糖，再與氨基化合物反應發生的褐變；酪氨酸酶的氧化造成蝦的黑變；肌肉的肌紅蛋白受空氣中氧的作用而變色。
