Bei der Cryo-EM, die zum Ziel hat, die native Struktur einer biologischen Probe darzustellen und nicht die Kontrastmittelverteilung, wird auf jedwede chemische Fixierung und Kontrastierung verzichtet. Die Proben in wässriger Lösung, die auf Grids aufgebracht wurden, werden zunächst mit einem Filterpapier geblottet bis nur noch ein dünner Film bleibt. Anschließend werden die Proben schockgefroren, wobei sie glas-ähnlich vitrifizieren und eine Eiskristallbildung verhindert wird. Zellen, Bakterien, Viren sowie Einzelpartikel lassen sich durch das „Einschießen“ der Grids in flüssiges Ethan (sekundäres Kryogen) kryofixieren. Diesen Prozess nennt man „Plunge Freezing“. Gewebeteile oder kleine Organoide sind dafür zu dick und werden auf diese Weise nicht ausreichend schnell vitrifiziert. Für diese Proben steht das „Hochdruck Einfrieren“ zur Verfügung. Mittels flüssigen Stickstoffs und einem Druck von über 2200bar lassen sich auch Proben bis 200µm Dicke ohne Eiskristallbildung durchfrieren. Kryofixierte Proben werden in speziellen Grid-Boxen (den Kryo-Pucks) bis zur Weiterverarbeitung aufbewahrt.