Охлаждение связано с процессом переноса теплоты и всегда протекает с участием двух тел: охлаждаемого ( отдающего теплоту) и охлаждающего (принимающего теплоту). Любой природный (естественный) или реализуемый в промышленной или лабораторной установке искусственный физический процесс, сопровождающийся поглощением теплоты, может быть использован для охлаждения.

Тело, поглощающее теплоту или подготовленное к поглощению теплоты, в холодильной технике называется рабочим телом. На современном уровне развития науки и техники охлаждающий эффект получают с помощью применения следующих физических процессов, совершаемых над рабочими телами:

- десорбция газов;

- расширения сжатого газа или пара с производством внешней работы (например, с помощью детандера);

- дросселирования газов или паров (эффект Джоуля – Томсона), расширения с затратами на реализацию рассматриваемого процесса внутренней энергии участвующих в нем газов или паров;

- вихревого эффекта (эффекта Ранка – Хильша);

- размагничивания твердого тела (магнитокалорического эффекта);

- термоэлектрического эффекта (эффекта Пельтье);

- фазовых превращений (плавление, кипение, испарение, растворение, сублимация).

Снизить температуру рабочего тела можно и путем использования естественных природных процессов. Тепловой баланс земной поверхности, веществ и предметов, находящихся в зоне обитания человека, формируется под воздействием в основном двух явлений: поступления теплоты от солнца и потерь теплоты за счёт излучения в мировое пространство. Особенно интенсивно эти процессы происходят при открытом (безоблачном) небе. Баланс этих потоков меняется в круговых процессах день-ночь и зима-лето. В ночные часы преобладает излучение в мировое пространство, вследствие чего снижается температура земной поверхности, приземного слоя атмосферы и находящихся в нем предметов, веществ и сооружений. Особенно ощутима разница между дневной и ночной температурой в районах с резко континентальным климатом. Аккумулирование холода в ночные часы (ночной холод) позволяет частично или полностью компенсировать дневные теплопоступления. В период низких зимних температур наружного воздуха, земной поверхности и воды в водоемах можно использовать потенциал этих рабочих тел для охлаждения в процессах кондиционирования воздуха и в технологических процессах. В отдельных климатических зонах в ходе естественного формирования теплового баланса земной поверхности накапливается большой объем низкотемпературных рабочих тел (вечная мерзлота, ледники, снег, лед рек и водоемов), которые могут эффективно использоваться для нужд охлаждения.

Естественные источники холода имеют ограниченный природными условиями температурный потенциал. Он подвержен колебаниям, не поддается управлению, действие его в большинстве случаев ограничено узкими временными рамками, к тому же в отдельных случаях не совпадающих по времени с потребностью в холоде. Например, для комфортного кондиционирования зимой зимний холод не может быть использован во время наибольшей потребности в холоде, т.е. летом. Использование зимнего холода в летний период возможно только путем его аккумуляции, например, в виде естественного или искусственного льда. В этом случае необходимо решить непростые задачи хранения льда до периода его потребления.

Охлаждение с помощью отдельных процессов может продолжаться до тех пор, пока имеются рабочие вещества (например, лед; «сухой лед» или углекислота в твердом состоянии; сжатый воздух, температура которого снижается путем расширения). Такие процессы имеют замкнутый цикл. Если в конце цикла охлаждения рабочее вещество можно вернуть в первоначальное положение, то холодильный цикл реализуется по круговому процессу. Круговые (замкнутые) циклы наиболее характерны для искусственных источников холода.

В искусственных круговых процессах рабочее тело забирает теплоту от охлаждаемой среды и переносит её к охлаждающей среде, которая имеет температуру более высокую, чем охлаждаемая. Если бы это условие не соблюдалось, то передача теплоты от охлаждаемой среды к охлаждающей осуществлялось естественным образом, т.е. в направлении действующей разности температур. Перенос теплоты против действующей разности температур может совершаться в соответствии со вторым законом термодинамики только при затратах внешней работы. Такой цикл называется обратным холодильным циклом (обратный цикл Карно).

Приведенные выше сведения показывают, что источники холода можно разделить на две большие группы: естественные и искусственные.