Nel corso di un processo di congelamento avvengono alcuni processi fisico-chimici.
La figura sottostante mostra la relazione tempo-temperatura per il congelamento di acqua pura (ABCDE) e soluzione di acqua e zucchero (AB’C’D’). Il primo evento termico che può essere visto da un tale diagramma è il raffreddamento al di sotto del punto di congelamento prima che l’induzione della cristallizzazione, da A a B e B ‘. Questo è un non-equilibrio, stato metastabile che è analogo ad una energia di attivazione necessaria per il processo di nucleazione. L’acqua pura può essere raffreddata sottozero di parecchi gradi prima che inizi il fenomeno di nucleazione.
La curva di congelamento prevede la quantità di ghiaccio ad una data temperatura, che è una funzione del punto di congelamento e quindi del numero di soluti (concentrazione di zucchero, grassi, ecc.) ma non ci dice nulla sulla dimensione dei cristalli di ghiaccio che si formano.
La velocità di congelamento influenza la formazione dei cristalli di ghiaccio, più è veloce e maggiore sarà il numero di cristalli di piccole dimensioni che ne deriverà.
Questo è molto importante per la struttura del gelato.
Molto negativi sono i processi di ricristallizzazione del ghiaccio, solitamente dovuti a fluttuazioni di temperatura.
La ricristallizzazione è il processo di cambiamento del numero, dimensione e forma dei cristalli di ghiaccio durante la conservazione congelato, anche se la quantità di ghiaccio rimane costante con la temperatura costante durante tutto il processo (dettato dalla curva di congelamento di equilibrio).
Ricristallizzazione coinvolge fondamentalmente piccoli cristalli a scomparsa, grandi cristalli di crescita e di fusione di cristalli insieme.