潛熱
潛熱是物質在相變化（固態 ↔ 液態 ↔ 氣態）過程中，溫度沒有變化的情況下，吸收或釋放的能量。
對物質加熱，所增加的能量通常以動能的形式表現，巨觀上即溫度升高。當分子動能提高到某個程度，則增加 的能量用來破壞分子間的作用力，此時分子動能並不增加，而是提高了位能。因為巨觀上看不到位能變化，所以稱為潛熱。
潛熱可分為熔化熱及汽化熱，當相變是由 固態轉為液態時，能量改變是吸熱性的，稱為熔化熱；當相變是由液態轉為氣態時，能量改變也是吸熱性的，稱為汽化熱；當相變是另一個方向的時候（氣態→液態 →固態），能量改變則為放熱性的。
在冷凍工程運用上，潛熱的利用是最重要的，冷凍機械就是利用潛熱較大的冷媒來達到我們所需之低溫度，例如一般使用的R-134a 的蒸發潛熱為216.83 kJ/kg。
當純物質固態受熱至熔點，固態開始熔化，此後固態與液態共存，即使繼續加熱，但溫度仍維持在熔點，像這樣『物體吸熱，但溫度維持不變』是熔化與沸騰很特別的性質。那您可能會問，吸收的熱能是不是就消失不見了呢？當然不是，不論如何，狀態改變仍然會遵守『能量守恆定律』，其失吸收的熱能用來使分子間距離變遠。同理，當氣態純物質凝結，液態純物質凝固，同樣也放出熱量，但溫度不變，此時陰分子間距離變近，必須放出熱能。
空調供應冷氣、暖氣或除溼的作用原理均類似，利用冷媒在壓縮機的作用下，發生蒸發或凝結，從而引發周遭空氣的蒸發或凝結，以達到改變溫、溼度的目的。
冷凍循環示意圖：1.凝結盤管，2.擴張閥，3.蒸發盤管，4.壓縮機
在冷凍循環中，熱泵把熱力由一個低溫熱源傳送到另一個較高溫的散熱裝置，熱力會自然地以相反方向流動。這是最普遍的空氣調節方式。冰箱的運作原理與此相當接近，把熱力由冰箱內部傳送至冰箱外的空氣中。
此循環使用了普適氣體定律(universal gas law) PV = nRT，P代表氣壓，V代表體積，而R則代表普適氣體常數，T代表溫度，n則是氣體的摩爾數量 (1 摩爾 = 6.022×1023 粒子)。
最常見的冷凍循環使用電動馬達推動一個壓縮機。在汽車上，壓縮機是由引擎的曲軸透過滑輪推動，兩者皆使用電動馬達作空氣循環。由於熱力被吸收時會產生蒸發現象，而熱力釋放時會產生凝結，空氣調節機使用壓縮機在兩個間隔之間造成壓力的轉變，並以泵令冷凍劑流動。冷凍劑將被泵入較冷的間隔(蒸發盤管)，而低壓及低溫令冷凍劑蒸發成蒸氣，並吸取熱量。在另一間隔(凝結器)，冷凍劑的蒸氣被壓縮並經過另一熱力交換盤管，凝結成為液體，並釋放出先前在冷間隔中所吸收的熱量。
濕度
冷凍空氣調節器材通常會降低已處理空氣的濕度。比較冷(低於露點)的蒸發盤管把已處理空氣的水蒸氣凝結，正如冷飲品會令容器太空氣中的水蒸氣凝結一樣，水份將經過污水管流走，如此會去除了冷凍空間中的水蒸氣，並使相對濕度降低。由於人體會自然地透過蒸發排出的汗水以降低體溫，較乾燥的空氣會提高人體的舒適度。舒適的空氣調節系統通常設計成可排放出相對濕度介乎40%至60%的空氣。在食品零售商的物業中，大型開放式冷凍櫃可作為高效率的空氣抽濕器材。