El principi bàsic de l'HVAC es basa en cicles termodinàmics, utilitzant la transferència d'energia per regular la temperatura interior, la humitat i la qualitat de l'aire.
El seu funcionament es basa principalment en la llei fonamental de la transferència de calor d'alta a baixa temperatura, utilitzant el canvi de fase del refrigerant (líquid a gas) a diferents pressions per absorbir o alliberar calor. Prenent com a exemple el cicle de refrigeració per compressió de vapor més comú, el sistema consta de quatre components bàsics que treballen junts per transportar calor:
Compressor: com a "cor" del sistema, comprimeix el gas refrigerant de baixa-temperatura i baixa- pressió en un gas d'alta-temperatura i alta-pressió, augmentant el seu nivell d'energia.
Vàlvula d'expansió: el refrigerant líquid d'alta-pressió experimenta una estrangulació, provocant una ràpida caiguda de pressió i temperatura, transformant-se en vapor humit de baixa-temperatura i baixa-pressió, preparant-se per al següent pas d'absorció de calor.
Evaporador: el refrigerant de baixa-temperatura i baixa- pressió absorbeix la calor de l'aire interior dins de l'evaporador, evaporant-se en un gas, refredant i deshumidificant així l'aire i aconseguint una "absorció de calor per evaporació".
Condensador: aquí, el gas refrigerant d'alta-temperatura i alta-pressió allibera calor a l'exterior (generalment aire exterior), es refreda i es liqua en un líquid d'alta-pressió, aconseguint "condensació i alliberament de calor".