Vaksin harus disimpan dalam kondisi tertentu untuk menghindari degradasi. Kondisi ini biasanya ditentukan oleh produsen. Di berbagai tahap pembuatan, distribusi, penyimpanan, dan akhirnya pemberian, kondisi ini harus dipatuhi, dan proses ini dikenal sebagai rantai dingin.
Jika rantai dingin terganggu pada titik mana pun selama transportasi atau penyimpanan, melalui paparan suhu ekstrem, maka potensi vaksin dapat berkurang, atau vaksin dapat menjadi benar-benar tidak efektif.
Kebanyakan vaksin harus didinginkan pada suhu antara 2-8 derajat Celsius, dengan rata-rata preferensi 5 derajat Celsius dengan fluktuasi minimal. Kulkas laboratorium yang dirancang khusus biasanya digunakan untuk tujuan ini. Kulkas ini memiliki fluktuasi suhu yang relatif minimal sepanjang hari dan musim, tidak menunjukkan suhu ekstrem pada permukaan interior mana pun, dan mungkin dilengkapi dengan tampilan suhu eksternal yang secara otomatis mencatat suhu internal pada interval waktu tertentu.
Banyak vaksin hidup dapat mentolerir pembekuan. Tergantung pada petunjuk khusus dari produsen, beberapa vaksin hidup dibekukan pada suhu antara -15 dan -50 derajat Celsius.
Kebanyakan vaksin non-replikasi, seperti virus atau bakteri inaktif, subunit protein yang dimurnikan, antigen karbohidrat, dan antigen protein subunit rekombinan, diberikan bersama adjuvan 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, secara signifikan meningkatkan stabilitas dan potensi.
Dalam beberapa tahun terakhir, adjuvan garam aluminium telah digunakan untuk meningkatkan respons imun inang setelah pemberian vaksin. Garam aluminium bekerja pada monosit, makrofag, dan granulosit untuk menginduksi sitokin, menciptakan lingkungan imunostimulasi lokal. Mereka juga dapat menginduksi nekrosis lokal sel stroma, menyebabkan pelepasan asam urat yang kemudian mengaktifkan inflammasom.
Dalam hal ini, garam aluminium sangat sensitif terhadap kerusakan akibat pembekuan, karena siklus pembekuan-pencairan menyebabkan agregasi dan sedimentasi partikel koloidal. Suhu tinggi hampir tidak memberikan efek pada struktur gel aluminium.
Memang, kerusakan akibat pembekuan sering kali jauh lebih berdampak daripada kerusakan akibat panas untuk vaksin, meskipun sebagian besar produsen merekomendasikan untuk tidak membiarkannya berada pada suhu ruangan lebih dari tiga puluh menit kecuali dalam beberapa kasus khusus. Pada suhu ekstrem mendekati dan di atas 45 derajat C, protein yang ada dalam vaksin akan menjadi denaturasi dengan relatif cepat, akhirnya kehilangan potensi sepenuhnya karena struktur antigen tidak lagi ada.
Kumar et al. (1982) menemukan bahwa vaksin tetanus dapat bertahan pada suhu 35 derajat C selama beberapa minggu, sementara pada 45 derajat C mereka mengalami kehilangan potensi sebesar 5% per hari selama dua minggu pertama penyimpanan. Ketika terpapar suhu 60 derajat C, vaksin tersebut menjadi benar-benar tidak efektif setelah tiga hingga lima jam. Sebaliknya, ketika disimpan pada suhu -30 derajat C selama dua belas jam, vaksin tetanus kehilangan sekitar 30% potensi.
Protein yang terdapat dalam vaksin dapat langsung rusak oleh siklus pembekuan-pencairan melalui beberapa mekanisme. Selama pembekuan cepat, kristal es kecil terbentuk, yang tentu saja memberikan area permukaan yang lebih besar pada protein dan sehingga lebih mungkin bersentuhan, menyebabkan kerusakan dan pembelokan parsial.
Kristal es yang lebih besar menyebabkan kerusakan yang lebih drastis, menghancurkan protein dan berpotensi merusak wadah vaksin. Saat pencairan, proses rekristalisasi memberikan ketegangan dan stres geser pada protein.
Menyimpan vaksin pada suhu dingin juga mengurangi kebutuhan akan pengawet lainnya dan mengurangi risiko pertumbuhan bakteri di dalam vaksin. Berbagai bahan kimia lainnya mungkin ada dalam vaksin, seperti jejak antibiotik dari proses pembuatan, stabilisator seperti sorbitol, dan pengatur keasaman seperti histidin, yang bisa terpengaruh oleh suhu ekstrem.
