空氣膨脹制冷是利用氣體壓力降低過程中分子能量變化引起溫度下降的機理來實現制冷的目的，是制冷劑不發生相變的制冷方式，所使用的制冷劑為空氣。當需要得到更低的制冷溫度時，也可使用其他沸點更低的氣體如氮氣、氦氣等。

圖2-23所示為等壓循環空氣膨脹制冷原理。系統由空氣壓縮機、截止閥、膨脹機、空氣冷卻器等組成。

低壓空氣①經過空氣壓縮機1壓縮為高溫高壓的空氣②，然后進入空氣冷卻器7中等壓冷卻降溫為高壓中溫的空氣③。高壓中溫的空氣③經膨脹機6降溫降壓為低溫低壓的空氣④，膨脹機6同時回收膨脹功。低溫低壓的空氣④被送入用戶3向用戶供冷。在用戶處吸收熱量升溫的低壓空氣①再進入壓縮機壓縮為高溫高壓的空氣。以此循環不息，實現連續制冷的目的。