Wbrew powszechnemu przekonaniu klimatyzacja (AC) nie polega na wprowadzaniu chłodnego powietrza do pomieszczenia, ale raczej na odprowadzaniu z niego ciepła. Efektem końcowym jest przestrzeń o znacznie mniejszej ilości ciepła, dzięki czemu mieszkańcy czują się chłodniej. Klimatyzacja wykorzystuje efekty parowania, podobnie jak wacik nasączony alkoholem sprawia, że skóra jest chłodniejsza, gdy płyn wyparowuje. Alkohol nie obniża temperatury skóry osoby, ale raczej odprowadza ciepło z powietrza, zamieniając się w gaz.
Klimatyzatory zawierają specjalną substancję chemiczną zwaną czynnikiem chłodniczym, która ma wyjątkową zdolność do zmiany stanu gazu w ciecz w krótkim czasie. W urządzeniach klimatyzacyjnych powszechnie stosuje się czynnik chłodniczy zwany freonem, chociaż dostępne są również inne komercyjne czynniki chłodnicze. Czynnik chłodniczy jest pompowany do urządzenia w fabryce wraz z niewielką ilością oleju smarującego do sprężarki.
Części typowej jednostki klimatyzacyjnej zwykle tworzą układ zamknięty składający się ze sprężarki, skraplacza, zaworu rozprężnego i termostatu. Zmotoryzowane wentylatory wspomagają cyrkulację klimatyzowanego powietrza, a cienkie metalowe żebra umożliwiają szybkie rozproszenie ciepła. Najcięższą częścią typowej klimatyzacji jest często sprężarka, ponieważ musi być wystarczająco mocna, aby wytrzymać znaczne ciśnienie.
Proces chłodzenia obszaru zaczyna się od wejścia czynnika chłodniczego do sprężarki, zwykle znajdującej się w dolnej części urządzenia. W tym momencie czynnik chłodniczy jest chłodnym gazem. Gdy gaz wchodzi do wewnętrznej komory sprężarki, sprężarka ściska czynnik chłodniczy i gaz pod wysokim ciśnieniem staje się bardzo gorącym gazem. Ten gorący gaz przechodzi przez szereg wężownic kondensacyjnych umieszczonych na zewnątrz chłodzonego pomieszczenia. Ciepło rozprasza się na zewnątrz, podobnie jak chłodnica samochodu rozprasza ciepło z płynu chłodzącego silnik. Gdy czynnik chłodniczy dotrze do końca tych wężownic, jest znacznie chłodniejszy i ma postać płynną.
Płyn ten nadal znajduje się pod wysokim ciśnieniem, podobnie jak zawartość puszki z aerozolem. W przypadku klimatyzacji ciekły czynnik chłodniczy jest przetłaczany przez bardzo mały otwór zwany zaworem rozprężnym. Ciekły czynnik chłodniczy wypływa z drugiego końca rozprężania w bardzo małej ilości na raz. Ponieważ czynnik chłodniczy odparowuje w znacznie niższej temperaturze niż woda, zaczyna odparowywać podczas podróży przez inny zestaw wężownic. To właśnie ta akcja parowania wyciąga ciepło z otaczającego powietrza, w tym powietrza zawartego w pomieszczeniu. Wentylator urządzenia wieje po metalowych żebrach umieszczonych nad tymi wężownicami, powodując wrażenie chłodzenia w pomieszczeniu.
W tym momencie ciekły czynnik chłodniczy ponownie staje się zimnym gazem i ponownie wchodzi do sprężarki, gdzie cały proces rozpoczyna się od nowa, aż termostat zarejestruje określoną temperaturę i wyłączy sprężarkę. Gdy pomieszczenie nagrzewa się, termostat wyczuwa dodatkowe ciepło i sprężarka uruchamia się ponownie, aby wytworzyć więcej gorącego gazu pod ciśnieniem. W pewnym momencie temperatura w pomieszczeniu może zrównać się z mocą chłodzenia klimatyzatora i sprężarka ponownie się wyłączy. Systemy klimatyzacyjne większości domów korzystają z energooszczędnych kroków, takich jak stosowanie rolet okiennych i zamykanie drzwi, ponieważ nie muszą one tak ciężko pracować, aby utrzymać akceptowalny poziom chłodu w pomieszczeniu.