Vaksin mesti disimpan dalam keadaan tertentu untuk mengelakkan kerosakan. Keadaan ini biasanya ditentukan oleh pengilang. Di seluruh peringkat pembuatan, pengedaran, penyimpanan, dan akhirnya pentadbiran, syarat-syarat ini mesti dipatuhi, dan proses ini dikenali sebagai rantai sejuk.
Sekiranya rantai sejuk putus pada bila-bila masa semasa pengangkutan atau penyimpanan, melalui pendedahan kepada suhu yang terlalu tinggi, maka potensi vaksin dapat dikurangkan, atau vaksin dapat menjadi sama sekali tidak efektif.
Sebilangan besar vaksin mesti disejukkan pada suhu antara 2-8 darjah Celsius, dengan purata pilihan 5 darjah Celsius dengan turun naik minimum. Peti sejuk makmal yang direka khas biasanya digunakan untuk tujuan ini. Peti sejuk ini mempunyai fluktuasi suhu yang minimum sepanjang hari dan musim, tidak memperlihatkan suhu yang melampau di permukaan dalaman mana pun, dan mungkin mempunyai paparan suhu luaran yang secara automatik mencatat suhu dalaman pada selang waktu tertentu.
Banyak vaksin hidup bertolak ansur dengan pembekuan. Bergantung pada arahan pengeluar tertentu, beberapa vaksin langsung dibekukan pada suhu antara -15 hingga -50 darjah Celsius.
Sebilangan besar vaksin yang tidak dapat ditiru, seperti virus atau bakteria yang tidak aktif, subunit protein yang dimurnikan, antigen karbohidrat, dan antigen protein subunit rekombinan, diberikan bersama pelengkap seperti garam aluminium. Garam aluminium telah digunakan dalam vaksin di seluruh dunia selama hampir satu abad. Garam aluminium membentuk ikatan ion dengan antigen dalam vaksin, meningkatkan kestabilan dan potensi secara besar-besaran.
Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, bahan tambahan garam aluminium telah digunakan untuk meningkatkan tindak balas imun tuan rumah setelah pemberian bersama vaksin. Garam aluminium bertindak pada monosit, makrofag, dan granulosit untuk mendorong sitokin, menghasilkan persekitaran imunostimulasi tempatan. Mereka juga boleh menyebabkan nekrosis sel stromal tempatan, menyebabkan pelepasan asid urik yang kemudian mengaktifkan inflammasom.
Walau bagaimanapun, garam aluminium sangat sensitif terhadap kerosakan akibat pembekuan, kerana kitaran pembekuan-pencairan menyebabkan pengumpulan dan pemendapan zarah-zarah koloid. Suhu tinggi hampir tidak memberi kesan pada struktur gel aluminium.
Sesungguhnya, kerosakan beku selalunya jauh lebih berpengaruh daripada kerosakan vaksin yang berkaitan dengan haba, walaupun kebanyakan pengeluar mengesyorkan agar tidak membiarkan mereka duduk pada suhu bilik selama lebih dari tiga puluh minit kecuali dalam beberapa kes khas. Pada suhu yang melampau menghampiri dan di atas 45 darjah C, protein yang terdapat dalam vaksin menjadi denaturasi dengan cepat, akhirnya kehilangan potensi sepenuhnya kerana struktur antigen tidak lagi ada.
Kumar et al. (1982) mendapati bahawa vaksin tetanus dapat bertahan pada suhu 35 darjah C selama beberapa minggu, sementara pada 45 darjah C mereka mengalami penurunan potensi 5% setiap hari selama dua minggu pertama penyimpanan. Apabila terdedah kepada suhu 60 darjah C, vaksin tersebut tidak dapat digunakan sepenuhnya selepas tiga hingga lima jam. Sebaliknya, apabila disimpan pada suhu -30 darjah C selama dua belas jam, vaksin tetanus kehilangan potensi sekitar 30%.
Protein yang terdapat di dalam vaksin secara langsung dapat dirosakkan oleh siklus pembekuan-pencairan dengan beberapa mekanisme. Semasa pembekuan cepat, kristal ais kecil terbentuk, yang semestinya menunjukkan luas permukaan yang lebih besar kepada protein dan dengan itu lebih cenderung bersentuhan, menyebabkan kerosakan dan sebahagiannya terbentang.
Kristal ais yang lebih besar menyebabkan kerosakan yang lebih drastik, menelan protein dan berpotensi merosakkan bekas vaksin. Semasa pencairan, proses penghabluran semula menimbulkan tegangan dan tekanan ricih pada protein.
Menyimpan vaksin pada suhu sejuk juga mengurangkan keperluan pengawet lain dan mengurangkan risiko pertumbuhan bakteria dalam vaksin. Berbagai bahan kimia lain mungkin terdapat dalam vaksin, seperti jejak antibiotik dari proses pembuatan, penstabil seperti sorbitol, dan pengatur keasidan seperti histidin, yang semuanya dapat dipengaruhi oleh suhu yang melampau.
.