食品在凍藏過程中出現的變色變味等化學變化，許多都是與氧的存在和酶的活性相關的。如前所述，在一般的冷凍加工貯藏條件下酶仍然保持其活性，只不過其催化的反應慢多了，很造成的質量下降是很明顯的，如引起變色和變味。此種變化尤其是在解凍后更迅速，因為提供了反應所需的條件。
（一）脂類的氧化和降解
凍藏過程中食品物料中的脂類會發生自動氧化作用，導致食品物料出現哈喇味。此外脂類還會發生降解，游離脂肪酸的含量會隨著凍藏時間的增加而增加。牛乳和冰淇淋中的固形物含量與脂類氧化的敏感性有關，冰淇淋中脂肪含量在39.5%以上時，-18℃凍藏3個月不會發生變味，而脂肪含量低則易發生；脂類的氧化受少量的銅、鐵催化，如冰淇淋中1.25mg/kg的銅即會導致氧化味的產生。濃縮乳中加入螯合劑可減少氧化味的產生。乳和乳制品冷凍前的加熱和均質對抑制氧化有作用。加熱對氧化的抑制主要是由于硫氫基化合物的形成。而含硫化合物與乳或冰淇淋的加熱味有關，一般預凍藏的乳品應先進行加熱處理，加熱溫度應稍高于市售牛乳和冰淇淋。均質的抑制效應與其可減少金屬離子濃度有關。抗氧化劑對脂類氧化有抑制作用。此外凍藏的溫度對穩定性也有一定的影響。
（二）蛋白質的溶解性下降
凍結的濃縮效應往往導致大分子膠體的失穩，蛋白質分子可能會發生凝聚，溶解性下降，甚至出現絮凝、變性等。凍藏時間延長往往會加劇這一現象，而凍藏溫度低、凍結速率快可以減輕這一現象。成分（總固形物）不同的乳品長期貯藏（120天）后發生的變化明顯不同，熱處理可明顯延長未變性貯藏期。均質對蛋白質的穩定性有降低作用，且濃縮前均質比濃縮后均質要小一些。冷凍前牛乳的冷藏和冷處理對蛋白質穩定性有不利的影響，但冷藏前的加熱處理對減少此影響有好處。加熱還可減少冷藏時乳糖結晶的形成。
（三）其他
凍藏過程中食品物料還會發生一些其他變化，如pH、風味和營養成分的變化等。pH的變化一般是由于食品物料的成熟和未凍結部分溶質的濃縮所導致的，凍藏過程中食品物料pH的變化速率和程度與物料的緩沖能力、所含鹽的組成、蛋白質和鹽的相互作用、酶活性和貯藏溫度有關。pH的變化所引起的質量變化并不明顯，但理論上可知RH會影響酶的活性和細胞的通透性。
從凍藏過程中非酶反應和酶促反應速率變化的角度看，溫度的降低一般會導致反應速率降低，但在凍藏過程中食品物料的非酶反應速率往往會增加，這種現象在濃度低的食品物料中尤為突出。酶活性受抑制的程度與溫度有很大關系，一般在凍結點以下的0~10℃范圍內，酶的活性可能降低也可能增加，溫度再低時，酶的活性一般受到抑制。
酶在解凍時，尤其是在組織受到損傷時，其活性會大大加強，因而引起一系列生化反應，造成變色、變味、營養損失等變化。這需要在凍結前用熱燙處理或化學處理等方法來將酶破壞或抑制。蔬菜一般用熱燙處理。對于不適用漂燙處理的食品如水果制品，需要用硫處理或加入抗壞血酸作為抗氧化劑以減少氧化，或加入糖漿減少與氧接觸的機會，有利于保護產品的風味和減少氧化。
