Nguyên lý hoạt động của hệ thống điều hòa trên ô tô có thể tóm gọn thành các bước như sau:

• Đầu tiên, máy nén, được nối với động cơ thông qua dây curoa, hút chất làm lạnh ở thể khí (từ bình chứa gas) rồi nén ở áp suất cao.
• Khi bị nén, nhiệt độ chất làm lạnh tăng lên và nó được đẩy sang giàn nóng, nằm ở vị trí phía đầu xe, gần lưới tản nhiệt và có quạt riêng.
• Ở giàn nóng, do được tản nhiệt ở áp suất cao nên chất làm lạnh hóa thành thể lỏng và chuyển sang van giãn nở (hoặc van tiết lưu).
• Tiếp theo, tại van tiết lưu, áp suất giảm đột ngột nên chất làm lạnh hóa hơi và chuyển tới giàn lạnh. Ở đây, nó lấy nhiệt từ môi trường xung quanh và khiến nhiệt độ giảm xuống. Hơi lạnh sẽ được quạt gió thổi ra môi trường. Gió thổi ra từ giàn lạnh có thể là gió ngoài (làm lạnh ngoài), gió trong ca-bin hoặc cả hai.