制冷工質（即制冷劑）在蒸發器內吸收被冷卻物的熱量并汽化成蒸汽，壓縮機不斷地將產生的蒸汽從蒸發器中抽出，并進行壓縮，經壓縮后的高溫、高壓蒸汽被送到冷凝器后向冷卻介質（如水、空氣等）放熱冷凝成高壓液體，在經節流機構降壓后進入蒸發器，再次汽化，吸收被冷卻物體的熱量，如此周而復始地循環。制熱時，制冷劑通過四通閥改變制冷劑流動方向，制冷劑流動方向與制冷時剛好相反，制冷劑先經過蒸發器，再回到冷凝器，最后回到壓縮機。

水循環系統：
水循環系統是由水泵將水從水箱抽出到用戶需冷卻的設備，冷凍水將熱量帶走后溫度升高，再回到冷凍水箱中。

在實際的應用中，冷水機和冷凍機的區別并不大，兩者基本只是叫法上的不同，很多時候冷凍機與冷水機是相同的設備不同的叫法而已，只有到了某些需求不一樣時，才要進行一些功能上的定制和設計，比如大型的冷凍倉庫、商超食品新鮮蔬菜的保存等使用冷凍機更為妥當，而需求為5℃到40℃的溫控范圍的，使用冷水機則更為經濟。