喷雾干燥机干燥过程可分为三个基本过程阶段：
喷雾干燥过程可分为三个基本过程阶段：料液雾化为雾滴；雾滴与热风的接触、混合及流动，即雾滴的干燥；干燥产品与废气的分离。
第1个基本阶段——料液的雾化
料液雾化的目的是将料液分散为细微的雾滴，雾滴的平均直径一般为20～60μm，因此，具有很大的表面积，当其与热风接触时，雾滴中的水分迅速蒸发而干燥成粉末或颗粒状产品。雾滴的大小和均匀程度对于产品质量和技术经济指标影响很大，特别是热敏性物料的干燥尤为重要。如果喷出的雾滴大小很不均匀，就会出现大颗粒还未达到干燥要求，小颗粒却已经干燥过度而变质。因此，料液雾化器是喷雾干燥器的关键部件。
第二个基本阶段——雾滴与热风的接触及干燥
雾滴与热风的接触、混合及流动是在喷雾干燥器内同时进行的传热、传质过程（即干燥过程）。雾滴和热风的接触方式、混合与流动状态取决于热风分布器的结构形式、雾化器的安装位置及废气排出方式等。在喷雾干燥室内，雾滴与热风接触的方式有并流式、逆流式和混合流式三种。
雾滴和热风的接触方式不同，对喷雾干燥室内的温度分布、雾滴（或颗粒）的运动轨迹、物料在干燥室中的停留时间以及产品质量都有很大影响。对于并流式，最热的热风与湿含量******的雾滴接触，因而湿分迅速蒸发，雾滴表面温度接近入口热空气的湿球温度；同时，热风温度也显著降低；因此，从雾滴到干燥成品的整个历程中，物料的温度不高，这对于热敏性物料的干燥特别有利。由于湿分的迅速蒸发，雾滴膨胀甚至破裂；因此，并流式所得的干燥产品常为非球形的多孔颗粒，具有较低的松密度。对于逆流式，实验室喷雾干燥器顶部喷出的雾滴与喷雾干燥器底部上来的较湿热风相接触；因此，湿分蒸发速率较并流式为慢。干燥器底部最热的湿度*的热风与最干的颗粒相接触；所以，对于能经受高温、要求湿含量较低和松密度较高的非热敏性物料，采用逆流式最合适。此外，在逆流操作过程中，全过程的平均温度差和分压差较大，物料停留时间较长，有利于过程的传热传质，热能的利用率也较高。对于混合流式的操作，实际上是并流式和逆流式二者的结合，其特性也介于二者之间。对于能耐高温的物料，采用这种操作方式为合适。
在喷雾干燥室内，物料的干燥与在常规干燥设备中所经历的历程完全相同，也经历着恒速干燥和降速干燥两个阶段。雾滴与热风接触时，热量由热风经过雾滴表面的饱和蒸汽膜传递给雾滴，使雾滴中湿分蒸发，只要雾滴内部的湿分扩散到表面的量足以补充表面的湿分损失，蒸发就以恒速进行；这时，雾滴表面温度相当于热风的湿球温度，这就是恒速干燥阶段。当雾滴内部湿分向表面的扩散不足以保持表面的润湿状态时，雾滴表面逐渐形成干壳，干壳随着时间的增加而增厚，湿分从液滴内部通过干壳向外扩散的速度也随之降低，亦即蒸发速率逐渐降低，这时物料表面温度高于热风的湿球温度，这就是降速干燥阶段。
第三个基本阶段——干燥产品与废气的分离
喷雾干燥产品与废气的分离（通常称为气-固分离）有两种方式。一种是干燥的粉末或颗粒产品落到干燥室的锥体壁上并滑行到锥底，通过星形卸料阀之类的排料设备排出，少量细粉随废气进入气固分离设备收集下来。另一种是全部干燥成品随气流一起进入气固分离设备分离收集下来。排放的废气必须符合环境保护的排放标准，以防环境污染。喷雾干燥系统常用的气-固分离有以下几种方式：只用旋风分离器；只用袋滤器；只用静电除尘器；旋风分离器与袋滤器的组合；旋风分离器与湿式除尘器的组合等。在具体实践中，究竟采用何种方式，主要取决于工艺要求及环保要求等。
