Il funzionamento di un condizionatore d'aria si basa sull'utilizzo di un ciclo termodinamico.
Il condizionatore è in genere costituito dai seguenti elementi essenziali:

Oltre a queste parti vi è il gas, che ha la funzione di fluido termovettore.
I gas più utilizzati nei condizionatori d'aria sono (o sono stati):

All'inizio del ciclo, il compressore comprime il gas nel condensatore, dove si raffredda e diventa liquido. Attraverso un circuito sigillato, il liquido passa nell'evaporatore, dove si espande e torna ad assumere lo stato gassoso. A questo punto il gas sottrae calore all'ambiente e vi cede aria fresca, quindi ritorna al condensatore, dove cede il calore assorbito all'ambiente
Negli impieghi civili è comune la configurazione che presenta due unità separate:

Nei climatizzatori con pompa di calore quando l'apparecchio deve riscaldare anziché raffreddare, viene invertito il ciclo del freddo. La macchina riversa all'esterno il freddo, mentre il calore prodotto viene rilasciato all'interno e utilizzato per riscaldare l'ambiente.