Zasada działania klimatyzacji jest ogólnie mówiąc, podobna do zasady działania lodówki.
Sprężany i rozprężany gaz krążąc w zamkniętym i szczelnym układzie schładza powietrze "kontaktując" się z nim za pośrednictwem wymiennika ciepła zwanego parownikiem.

Powietrze z wnętrza samochodu przechodzi przez parownik na skutek wymuszenia jego ruchu przez dmuchawę. W tym miejscu jest schładzane i chłodniejsze już - wtłaczane do samochodu. Aby mogło nastąpić takie schłodzenie, gaz znajdujący się w parowniku musi mieć niską temperaturę.

Uzyskuje się to w sposób pokazany na rysunku:

Poprzez parownik powietrze oddaje ciepło czynnikowi chłodniczemu, czyli ogrzewa przepływający przez parownik gaz. W drugim wymienniku ciepła (skraplaczu) ciepło przejmowane jest z czynnika i następuje jego schłodzenie.
Sprężarka napędzana przez pasek klinowy (czyli przez silnik) zasysa czynnik chłodniczy w postaci pary z parownika poprzez przewód ssawny, spręża go i dostarcza do skraplacza. Sprężanie powoduje wzrost temperatury i ciśnienia na tyle, że ciepło pobrane w parowniku może z kolei zostać oddane w skraplaczu. Wskutek sprężenia pary czynnika chłodniczego w sprężarce osiągana jest temperatura około 60-100 &degC. Czynnik chłodzący przechodzi w stan płynny. Następnie czynnik chłodniczy jest gromadzony w zbiorniku odwadniacza i osuszany. Czynnik chłodniczy i olej sprężarkowy przenoszony za pomocą czynnika są silnie higroskopijne, a więc obecność wody mogłaby doprowadzić do uszkodzenia sprężarki i przewodów w skutek korozji.
Dalej czynnik z odwadniacza przechodzi do zaworu rozprężnego gdzie wyniku spadku ciśnienia, stan czynnika ulega zmianie na tyle, że może nastąpić odparowanie czynnika w parowniku wskutek pobrania ciepła od powietrza z kabiny samochodu. Chłodne powietrze jest wtłaczane z powrotem do kabiny, a czynnik (gaz) zaczyna swoją drogę od nowa, czyli jest zasysany przez sprężarkę. I cykl się powtarza tak długo jak długo załączona jest klimatyzacja.

Żeby klimatyzacja działała prawidłowo cały układ musi być zamknięty i szczelny, a układ musi być wypełniony odpowiednią ilością gazu zmieszanego z olejem.