Hladilni stroj je naprava, ki prenaša toploto iz nizko-temperaturnega območja v visoko-temperaturno območje s fizikalnimi ali kemičnimi metodami in tako doseže hladilni učinek. Njegovo osrednje načelo temelji na obratnem Carnotovem ciklu ali kompresijskem ciklu pare v termodinamiki.
Načelo delovanja hladilnega stroja temelji predvsem na obratnem Carnotovem ciklu (idealni model) ali ciklu stiskanja pare (praktična uporaba). Če za primer vzamemo cikel kompresije pare, je njegovo jedro doseči prenos toplote s postopkom fazne spremembe hladilnega sredstva (kot so freon, amoniak, ogljikov dioksid itd.):
Stopnja stiskanja: kompresor stisne plinasto hladilno sredstvo pri nizki-temperaturi-tlaka v visoko{2}}temperaturni plin-tlaka. Ta proces porablja električno energijo in zvišuje temperaturo hladilnega sredstva.
Stopnja kondenzacije: Visoko{0}}temperaturni in-tlačni plin vstopi v kondenzator, kjer sprosti toploto v zunanje okolje z odvajanjem toplote (kot je zračno hlajenje ali vodno hlajenje), hladilno sredstvo pa kondenzira v visoko{2}}tlačno tekočino.
Stopnja dušenja: visoko{0}}tlačna tekočina se duši skozi ekspanzijski ventil ali kapilarno cev, kar povzroči nenaden padec tlaka, ki povzroči delno izhlapevanje tekočine, absorbiranje okoliške toplote in ohlajanje.
Stopnja izhlapevanja: Tekoče hladilno sredstvo pri nizki-temperaturi in nizkem{1}}tlaku vstopi v uparjalnik, absorbira toploto iz ciljnega prostora (kot je hladilnica) in popolnoma izhlapi, s čimer se zaključi proces hlajenja. Nato se plinasto hladilno sredstvo vrne v kompresor za kroženje.