汽車空調制冷原理同其他制冷裝置原理相同。制冷劑工質以液態在蒸發器中吸熱制冷，低溫液體吸收汽化潛熱變成制冷劑氣體被壓縮機吸入并壓縮，被壓縮的氣體壓力和溫度都增高，之后流進冷凝器，冷凝器以風冷?穴汽車空調均為風冷?雪對制冷劑氣體進行冷凝，冷凝后的高溫高壓液體儲存在冷凝器底部及儲液器中，冷凝時放出的熱量由風機帶出并散到車外，當高溫高壓的液體流經膨脹閥后，以低溫低壓的液體狀態再進入蒸發器吸收汽化潛熱而制冷，如此完成制冷循環。
汽車空調和其它空調制冷都一樣。把溫度通過人為的方式使它下降（或者說把溫度從較高的物體轉移給較低的物體）叫做“人工制冷”，簡稱“制冷”。
蒸汽壓縮循環式制冷（空調）系統都是通過四個過程來完成的。即：節流過程——蒸發過程——壓縮過程——冷凝過程。
節流，通過節流裝置，即節流閥（也稱調節閥或膨脹閥，在汽車空調中通常叫膨脹閥或孔管）。制冷劑的高壓液體經過閥的狹窄通道使其流量和壓力得到節流變小而成為低壓液體進入蒸發器，此時制冷劑的流量和壓力雖然變了，但制冷劑的液體形態仍未改變。
蒸發，通過熱交換裝置，即蒸發器。低壓液體在其中與外界（駕駛室）內的熱量進行熱交換（即傳熱，實際為吸熱）而產生沸騰（汽化）現象。從而使空間的溫度不斷得到降低。沸騰（汽化）后產生低壓制冷劑蒸氣，從而改變了制冷劑的形態，由低壓液體改變成低壓氣體，但壓力未改變。
壓縮，通過氣體壓縮裝置，即制冷壓縮機。低壓低溫制冷劑氣體被壓縮機吸入，經過壓縮，變為高壓高溫氣體排出。在這其間只改變了壓力，氣體的形態未改變。
冷凝，通過熱交換裝置，即冷凝器（也稱散熱器）。高壓高溫制冷劑氣體在其中將熱量傳遞給外界（實際為放熱）而冷凝（冷卻）成高壓液體，從而又改變了制冷劑的形態，由高壓蒸氣改變成高壓液體，但壓力未改變。
整個制冷過程就是通過這四個裝置形成一個循環系統來完成的，系統用管道將此連接，制冷劑在此系統中如此反復循環，從而不斷使溫度得到降低。
為了使制冷能正常進行，系統在冷凝器通向膨脹閥之間加設了儲液干燥器（通常稱干燥過濾器或干燥瓶）。干燥和過濾制冷劑中的水份和雜質，并儲存制冷循環所需要的制冷劑。
此外還有一些附屬裝置，如冷凝器用的散熱電子風扇，蒸發器用的鼓風機，這些都是必不可少的。有些在低壓側蒸發器至壓縮機之間還加設了氣液（油）分離器等。為了使空調系統能安全自動運行，系統在高低壓側分別設置了壓力控制器（壓力開關）；低壓側的蒸發器上設置了溫度控制器（溫度感應器或傳感器）；整個電氣系統由電腦或控制器控制，實現自動化運行。
