物质有三种集态：气态、液态和固态。物质集态的改变称为相变。相变过程中，由于物质分子重新排列和分子热运动速度的改变，会吸收或放出潜量。物质发生从质密态到质稀态的相变时，将吸收潜热；反之，当它发生由质稀态向质密态的相变时，放出潜热。相变制冷就是利用前者的吸热效应而实现的。
物质的三种集态：气态、液态和固态
相变制冷分为液体气化制冷、固体熔化制冷与固体升华制冷。
液体气化制冷：液体汽化成蒸气的过程吸收热量，从而达到制冷的目的。
由于液体自身具有流动性，液体气化制冷被广泛应用。为了使液体气化制冷连续不断地工作，则必须依靠制冷循环，使低压下蒸发汽化的制冷剂升压液化，再通过高压液体降压汽化成蒸气的过程吸收热量，从而达到连续制冷的目的，是制冷技术中使用的主要方法。
固体熔化制冷：用制冷机制备好纯水冰或溶液冰，然后把纯水冰或溶液冰移到需要冷却的地方，依靠吸收热量使它们融化，就可使被冷却对象降温。
纯水冰的融化温度为0℃。所以，利用纯水冰融化只能使被冷却的物体保持0℃以上的温度。
溶液冰是指由共晶溶液冻结成的冰，也称共晶冰。将共晶溶液充灌在密封容器里，并将它冻结成固体，即得到溶液冰。在共晶固体未完全融化成液体之前，它的温度是不变的，称为共晶温度。共晶温度低于0℃的共晶冰，通常应用于无机械制冷的冷藏汽车中；共晶温度高于0℃的共晶冰，通常作为储能空调系统的储能介质。
固体升华制冷：一般利用干冰（即固体二氧化碳）的升华过程来制冷。干冰可以由高压液体二氧化碳用降压法得到外。
无论纯水冰、干冰或溶液冰，因不具备流动性，所以都不能利用它们的融化或升华过程来组成制冷机的循环，一旦固体全部相变，冷却过程即告终止。