Охолодження пов'язано з процесом перенесення теплоти і завжди протікає за участю двох тіл: охлаждаемого (віддає теплоту) і охолоджуючого (приймає теплоту). Будь природний (природний) або реалізований в промисловій або лабораторній установці штучний фізичний процес, що супроводжується поглинанням теплоти, може бути використаний для охолодження.
Тіло, що поглинає теплоту або підготовлене до поглинання теплоти, в холодильній техніці називається робочим тілом. На сучасному рівні розвитку науки і техніки охолоджуючий ефект отримують за допомогою застосування наступних фізичних процесів, що здійснюються над робочими тілами:
- розширення стисненого газу або пари з виробництвом зовнішньої роботи (наприклад, за допомогою детандера);
- дросселирования газів або парів (ефект Джоуля - Томсона), розширення з витратами на реалізацію даного процесу внутрішньої енергії беруть участь в ньому газів або парів;
- термоелектричного ефекту (ефекту Пельтьє);
- фазових перетворень (плавлення, кипіння, випаровування, розчинення, сублімація).
Знизити температуру робочого тіла можна і шляхом використання природних процесів. Тепловий баланс земної поверхні, речовин і предметів, що знаходяться в зоні проживання людини, формується під впливом в основному двох явищ: надходження теплоти від сонця і втрат теплоти за рахунок випромінювання в світовий простір. Особливо інтенсивно ці процеси відбуваються при відкритому (безхмарному) небі. Баланс цих потоків змінюється в кругових процесах день-ніч і зима-літо. У нічні години переважає випромінювання в світовий простір, внаслідок чого знижується температура земної поверхні, приземного шару атмосфери і знаходяться в ньому предметів, речовин і споруд. Особливо відчутна різниця між денною та нічною температурою в районах з різко континентальним кліматом. Акумулювання холоду в нічні години (нічний холод) дозволяє частково або повністю компенсувати денні теплопоступления. В період низьких зимових температур зовнішнього повітря, земної поверхні та води в водоймах можна використовувати потенціал цих робочих тел для охолодження в процесах кондиціонування повітря і в технологічних процесах. В окремих кліматичних зонах в ході природного формування теплового балансу земної поверхні накопичується великий обсяг низькотемпературних робочих тіл (вічна мерзлота, льодовики, сніг, лід річок і водойм), які можуть ефективно використовуватися для потреб охолодження.
Природні джерела холоду мають обмежений природними умовами температурний потенціал. Він схильний до коливань, не піддається управлінню, дія його в більшості випадків обмежена вузькими часовими рамками, до того ж в окремих випадках не збігаються за часом з потребою в холоді. Наприклад, для комфортного кондиціонування взимку зимовий холод не може бути використаний під час найбільшої потреби в холоді, тобто влітку. Використання зимового холоду в літній період можливе тільки шляхом його акумуляції, наприклад, у вигляді природного або штучного льоду. В цьому випадку необхідно вирішити непрості завдання зберігання льоду до періоду його споживання.
Охолодження за допомогою окремих процесів може тривати до тих пір, поки є робочі речовини (наприклад, лід; «сухий лід» або вуглекислота в твердому стані; стиснене повітря, температура якого знижується шляхом розширення). Такі процеси мають замкнутий цикл. Якщо в кінці циклу охолодження робоча речовина можна повернути в початкове положення, то холодильний цикл реалізується по круговому процесу. Кругові (замкнуті) цикли найбільш характерні для штучних джерел холоду.
У штучних кругових процесах робоче тіло забирає теплоту від охолоджуваного середовища і переносить її до охолоджуючої середовищі, яка має температуру вищу, ніж охлаждаемая. Якби ця умова не дотримувалося, то передача теплоти від охолоджуваного середовища до охолоджуючої здійснювалося природним чином, тобто в напрямку діючої різниці температур. Перенесення теплоти проти діючої різниці температур може відбуватися відповідно до другого закону термодинаміки тільки при витратах зовнішньої роботи. Такий цикл називається зворотним холодильним циклом (зворотний цикл Карно).
Наведені вище відомості показують, що джерела холоду можна розділити на дві великі групи: природні і штучні.