Koelmachines, airconditioningsystemen en warmtepompen maken gebruik van het fenomeen dat de warmte-inhoud van een stof kan worden gemanipuleerd door de fase (vast, vloeibaar, gas) ervan te veranderen. Om te verdampen (dus van vloeibaar naar gasvormig te gaan) moet een stof warmte uit de omgeving opnemen. Om vervolgens te condenseren (van gasvormig terug naar vloeibaar te gaan), voert dezelfde stof deze warmte weer af naar de omgeving. Door met deze processen te ‘spelen’ bij koudemiddelen, die worden gekenmerkt door een extreem laag kookpunt en dus bij een heel lage temperatuur verdampen, kan een ruimte of product worden gekoeld (koelmachine) of verwarmd (warmtepomp). Dit gebeurt via een gesloten kringloop. Die kringloop kent de volgende vier opeenvolgende stappen:
Vloeibaar koudemiddel wordt in de verdamper van de machine gespoten. Voor het verdampingsproces neemt het koudemiddel warmte uit de omgeving op. Die ‘omgeving’ bestaat (bij een koelmachine) uit een te koelen ruimte of product, of (bij een warmtepomp) uit de buitenlucht, grondwater of een andere bron.
De damp gaat vervolgens naar een compressor die hem comprimeert tot een hogere druk. Deze stap is nodig om het koudemiddel te laten condenseren.
In de volgende stap condenseert een condensor het dampvormige koudemiddel tot vloeistof. Daarbij komt de bij (1) opgenomen warmte weer vrij. In een koelmachine wordt de warmte overgedragen aan een koelmedium (koelwater of (buiten)lucht) voor afvoer of hergebruik. In een warmtepomp wordt de warmte afgegeven aan de te verwarmen ruimte.