在制冷循环由压缩过程、冷凝过程、膨胀过程、蒸发过程组成。由热力学第二定律可知，必须提供机械能（或热能等），以确保包括低温冷源、高温热源、功源在内的孤立系统的熵不减小。制冷循环包括压缩式制冷循环、吸收式制冷循环、吸附式制冷循环、蒸气喷射制冷循环及半导体制冷等。

可分为压缩气体制冷循环和压缩蒸气制冷循环。世界上运行的制冷装置绝大部分是压缩气体制冷循环，因此最常见的制冷循环是采用制冷剂的相变进行的蒸气压缩循环。蒸气压缩循环的四大组件分别是制冷压缩机、蒸发器、冷凝器、节流阀（见图），制冷剂在设备内通过物理状态变化从而吸收或释放热量达到制冷或制热的效果。

压缩式制冷循环图

制冷压缩机是将低压气体提升为高压气体的一种从动流体机械，是制冷系统的心脏。从吸气管吸入低温低压的制冷剂气体，通过电机运转带动活塞对其进行压缩后，向排气管排出高温高压的制冷剂气体，为制冷循环提供动力，从而实现压缩→冷凝（放热）→膨胀→蒸发（吸热）的制冷循环。

冷凝器和蒸发器是制冷装置的主要热交换设备。冷凝器通过环境介质（水和空气）将压缩机排出的高压过热制冷剂蒸气冷却、冷凝成为饱和液体，甚至过冷液体。按冷却方式可分为3类：水冷式冷凝器，空气冷却式冷凝器，蒸发式冷凝器。蒸发器中的低温冷凝液体与外界的空气进行热交换，汽化吸热，达到制冷的效果。按其冷却的介质不同分为冷却液体载冷剂的蒸发器和冷却空气的蒸发器。根据供液方式的不同，有满液式、干式、循环式和喷淋式等。

膨胀阀是制冷系统中的一个重要部件，一般安装于储液筒和蒸发器之间。中温高压的液体制冷剂通过膨胀阀节流成为低温低压的湿蒸气，然后制冷剂在蒸发器中吸收热量达到制冷效果。

吸收式制冷循环。利用制冷剂在溶液中不同温度下具有不同溶解度的特性，使制冷剂在较低的温度和压力下被吸收剂吸收，同时又使它在较高的温度和压力下从溶液中蒸发，包括溴化锂吸收式制冷循环、氨水吸收式制冷循环等。

固态吸附式制冷循环。运作机制为：在白天，集热器温度升高，制冷剂蒸发，集热器中压力升高，气体进入冷凝器并冷凝；在晚上，温度降低，吸附剂吸收制冷剂蒸气，蒸发器中压力降低，更多液体汽化蒸发，吸收热量降温。

蒸气喷射制冷循环。依靠蒸汽喷射器的抽吸作用在蒸发器中保持一定的真空，使水在其中蒸发而制冷。

半导体制冷。主要利用珀尔帖效应，令直流电通过半导体热电堆，即可在一端产生冷效应，在另一端产生热效应，不需要制冷剂，十分环保。