冷冻外科是一种公认的外科技术，医生使用冷冻来破坏不良的组织被称为冷冻治疗或冷冻消融。利用冷冻来破坏不良组织始于19世纪中叶，是研究低温物理学的产物。那个时期物理学家对通过各种溶质混合冰来实现低温的研究感兴趣。大约，迈克尔·法拉第（MichaelFaraday）通过在真空下混合固体二氧化碳和乙醇达到K（-℃）的温度。此后不久，M.J.Arnott——年伦敦皇家医学和外科学会会长，他被认为是冷冻外科学的先驱——他使用一种碎冰和氯化钠溶液来冷冻乳房和子宫上的晚期癌症，后来这一过程被认可，甚至被纳入了癌症治疗的教科书，在十九世纪下半叶见证了低温学领域的几项重大发现。

年，法国的LouisPaulCailletet和瑞士的AméPictet开发了一种用于冷却气体的绝热膨胀系统，绝热膨胀系统的发明导致氧气、空气和氮气液化。年，英国的JamesDewar设计了世界上第一个真空瓶，使得低温液体的长期存储成为可能，方便了液化气体的储存和运输。年，德国的Linde和英国的WilliamHampson开始使用节流阀膨胀或称焦耳-汤姆森效应，生产持续运转的空气液化设备，到19世纪末，固体二氧化碳、液态空气和其他液化气体的获得技术成熟。

在20世纪20年代，随着大型空分设备的发展，液氧开始商业化，例如林德公司的使用再生器的空分设备。然而液态氧容易引起火灾隐患，所以液氧没有成为冷冻治疗手术的应用产品。20世纪40年代初，苏联的皮约特·卡皮萨和美国的塞缪尔·柯林斯开始开发用于氢气和氦气大规模液化的商业技术，氦气液化技术的发展产生了大量副产品液氮，液氮易获得且廉价使液氮在皮肤科和妇科治疗中开始取代干冰，成为主要低温治疗手术的应用产品。

低温外科技术的下一个重大进展与绝热技术的进步有关，绝热技术促进了低温液体的应用。在年，林德公司还开发了一种新的反射屏蔽，反射屏蔽技术和真空绝热技术结合让低温容器的漏热大大降低，低温液体的大量长期存储成为可能，这样低温液体的更大范围的运用得以实现。

现代冷冻手术始于神经外科医生欧文·库珀和神经外科工程师阿诺德·李的合作，他们把液氮的使用和新的绝热制造技术结合起来。两个人建立了一个手指状的冷冻手术探头，探头沿着轴向绝热，只能在顶端冷冻。冷冻手术探头实质上是一个低温手术探针的原型，后续使用液氮的低温手术探针都是从这个原型构建的。该探针由三个长同心管制成，从加压源供给液氮。内管用作液氮流向探针尖端的管道，而内管和中间管之间的空间用作从探针尖端返回气态氮的路径。

外管和中间管之间的空间是真空绝热的，并且具有辐射屏蔽层，该辐射屏蔽层使液氮在基本没有热损失的情况下传导到探针的尖端。探针的尖端的液氮从内管流入并且气化的液氮通过内管和中间管之间的空间返回到腔室。冷冻发生在探针尖端腔室周围的组织中，并从尖端向外扩展，允许在体内深层冷冻。它最初由库珀用于治疗帕金森病，在引进这种冷冻手术探针后，冷冻外科领域开始经历快速增长，直到20世纪70年代末。

尽管新的冷冻外科探针能够冻结在体内深处的不良组织，但很难实时监测冷冻程度，到20世纪70年代末，冷冻外科手术的领域恢复到皮肤病学的应用，因为这些组织能够目视监测冷冻的程度。后来术中超声成像技术的发展使低温冷冻手术进一步发展，医生加里·奥尼克和工程师鲍里斯·鲁宾斯基开创了利用医学成像实时监测人体组织冰冻过程的先河。后来出现了多探针冷冻外科系统，该系统允许实时控制和复杂构建体内深处的不良组织冷冻范围，以完全消融不良组织。

自年代以来，低温探针取得了一些技术进步，特别是使用了焦耳-汤姆逊循环与各种气体混合物代替液氮。JouleThomson冷冻手术探针比液氮探针更灵活，直径更小。自从20世纪80年代引入术中冷冻成像技术以来，这项技术已经用于治疗数千名患有各种癌症的患者，包括前列腺癌、肝癌、肾癌和其他癌症。

医学影像学为冷冻外科领域的发展作出了重要贡献，但是还有两个方面尚未解决。细胞冷冻死亡是一个复杂的生物学的过程，JohnBaust和Gage对理解细胞死亡的机制作出了重要贡献，指出细胞冷冻到-30℃还能够存活。目前科学家正在进行大量努力以找到将细胞冷冻完全消融的方法。当前研究的第二个领域是理查德·阿布林关于低温手术免疫应答的发现的结果，低温可使患者出现多种并发症，可能会对患者的免疫系统产生影响。低温系统的这些领域研究和探针小型化的发展，可能会在未来十年成为冷冻外科领域的主要研究方向。