本发明公开了一种用于冷冻干燥过程显微观察的系统。它由带自动载物台的倒置式光学显微镜、冻干台、冷量供给装置、真空装置和计算机数据采集控制系统等五部分组成。倒置式光学显微镜上装有数码摄像机，其载物台移动可由计算机控制；冻干台放在载物台上，被冻干的样品放在冻干台上，样品的冷却/升温速率及温度梯度均可调；在长时间的干燥过程中，计算机通过在线处理显微图片的方法获得升华界面的位置，据此控制载物平台的移动，以保证升华界面始终位于显微视野内。本发明只在冷冻过程中消耗液氮，在干燥过程中则不消耗液氮。由于冷冻干燥过程的冷冻时间相对较短，而干燥时间比较长。因而本发明的重要优点是节省液氮、减少实验成本。