Een koelmachine werkt volgens het principe van dampcompressie of dampabsorptie. Koelmachines zorgen voor een continue stroom koelvloeistof naar de koude kant van een proceswatersysteem bij een gewenste temperatuur van ongeveer 50 °F (10 °C). Het koelmiddel wordt vervolgens door het proces gepompt, waarbij warmte wordt onttrokken aan een deel van een faciliteit (bijvoorbeeld machines, procesapparatuur, enz.) terwijl het terugstroomt naar de retourzijde van het proceswatersysteem.

Een koelmachine maakt gebruik van een mechanisch koelsysteem met dampcompressie dat wordt aangesloten op het proceswatersysteem via een apparaat dat een verdamper wordt genoemd. Koelmiddel circuleert door een verdamper, compressor, condensor en expansieapparaat van een koelmachine. In elk van de bovengenoemde componenten van een koelmachine vindt een thermodynamisch proces plaats. De verdamper functioneert als een warmtewisselaar, zodat de warmte die door de proceskoelmiddelstroom wordt opgevangen, wordt overgedragen naar het koelmiddel. Terwijl de warmteoverdracht plaatsvindt, verdampt het koelmiddel en verandert het van een vloeistof onder lage druk in damp, terwijl de temperatuur van het proceskoelmiddel afneemt.

Het koelmiddel stroomt vervolgens naar een compressor, die meerdere functies vervult. Ten eerste verwijdert het koelmiddel uit de verdamper en zorgt ervoor dat de druk in de verdamper laag genoeg blijft om de juiste warmte te absorberen. Ten tweede verhoogt het de druk in de uitgaande koelmiddeldamp om ervoor te zorgen dat de temperatuur hoog genoeg blijft om warmte vrij te geven wanneer deze de condensor bereikt. Het koelmiddel keert bij de condensor terug naar een vloeibare toestand. De latente warmte die vrijkomt als het koelmiddel van damp naar vloeistof verandert, wordt door een koelmedium (lucht of water) uit de omgeving afgevoerd.