Die Kühlung erfolgt in einem kontinuierlichen vierstufigen Prozess mit einer Hochdruck- und Niederdruckseite. Im Kältekreislauf werden Flüssigkeiten mit niedrigen Siedepunkten als primäre Kältemittel eingesetzt. Die wichtigen thermodynamischen Eigenschaften dieser Flüssigkeiten sind in der Kältemitteltabelle dargestellt. Das Diagramm zeigt den Druck der Stoffe über der Temperatur sowie Schmelz-, Tripel- und kritische Punkte, wenn sie im Arbeitsbereich des Kältemittels auftreten. Mithilfe des Diagramms können Kältetechnik-Konstrukteure das geeignete Kältemittel für das jeweilige System auswählen.
Ein Haushaltskühlschrank kann die vier Schritte des Kühlkreislaufs demonstrieren. Es sind drei Flüssigkeiten beteiligt: die Raumluft, die im Kühlschrank zirkulierte Luft und das Kältemittel – alle tauschen durch indirekten Kontakt Wärme aus. Das Kältemittel tritt in den Verdampfer, die Spulen auf der Rückseite des Kühlschranks, ein und nimmt die Wärme der vom Kühlschrank kommenden warmen Luft auf, wodurch das Kältemittel zum Sieden gebracht wird; es wird dann wieder komprimiert und zu einer Hochdruckflüssigkeit kondensiert, nachdem es Wärme an die Raumluft abgegeben hat. Das unter hohem Druck stehende, warme flüssige Kältemittel wird durch ein Expansionsventil geleitet, das einen plötzlichen Druck- und Temperaturabfall verursacht. Flüssiges kaltes Kältemittel tritt wieder in den Verdampfer ein und der Zyklus ist abgeschlossen.
Die thermodynamischen Eigenschaften des Kältemittels können entweder in einem Kältemitteldiagramm oder als Datentabelle angezeigt werden. Die Tabelle ist im Allgemeinen nützlicher, da viel mehr Kältemittel in einer einfachen visuellen Referenz angezeigt werden können. Das Kältemitteldiagramm wird manchmal als Druck-Temperatur-Diagramm oder PT-Diagramm bezeichnet. Ein Ingenieur kann das Diagramm verwenden, um nach einem Kältemittel zu suchen, das bei niedrigeren Drücken arbeitet, um den für ein bestimmtes System erforderlichen Nenndruck zu reduzieren. Wenn die Drücke jedoch zu niedrig sind, wird das Kompressionsverhältnis ungewöhnlich hoch, was den Kompressionsschritt unmöglich macht.
Das Kältemitteldiagramm zeigt die Siedetemperatur und den Druck des Kältemittels an. Es ist wünschenswert, über Atmosphärendruck zu arbeiten, um das Eindringen von Feuchtigkeit und Luft in das System zu vermeiden. Dazu sollte der Siedepunkt des Kältemittels niedriger als das Systemtemperaturniveau sein. Die kritischen Temperatur- und Druckpunkte sind auch in der Kältemitteltabelle eingetragen. Das System muss deutlich unter den kritischen Werten arbeiten, oberhalb derer flüssige und gasförmige Phasen identische Eigenschaften aufweisen.
Eine Kältemitteltabelle ist von Anbietern von Kältemitteln oder Kühlgeräten erhältlich. Unterschiedliche Gerätetypen, die in Kälteanlagen verwendet werden, wie z. B. Hubkolbengeräte, Absorptionseinheiten oder Strahleinheiten, erfordern unterschiedliche Kältemittel. Die meisten Referenzen zur Chemietechnik enthalten eine Kältemitteltabelle. Benutzer, die mit Kältemitteln nicht vertraut sind, sollten vor dem Austausch eines Kältemittels einen professionellen Ingenieur oder qualifizierten HLK-Techniker konsultieren, da Hochdruckgeräte und die laufenden Umweltvorschriften in Bezug auf chlorierte Kohlenwasserstoff-Kältemittel bedenklich sind.