Les més usuals són les de compressió i les d'absorció.
En les primeres hom comprimeix un fluid frigorigen (amoníac, anhídrid carbònic o anhídrid sulfurós, clorur de metil, freó, etc) contingut en un circuit tancat, que es troba en fase de vapor saturat; el vapor, en ésser comprimit, s’escalfa, i passa a un condensador on, gràcies a un fluid extern (aire, aigua, etc), és refredat, se satura i, finalment, és liquat a pressió constant; en estat líquid és obligat a expandir-se, sense produir treball, fent-lo passar per una vàlvula d’expansió, amb la qual cosa es refreda i passa a l’estat de vapor no saturat; després se'l mena a l’evaporador, on absorbeix calor i provoca un considerable descens de la temperatura del recinte on aquest es troba (efecte refrigerant), resta en estat de vapor saturat i, després de cedir la seva calor latent, és aspirat pel compressor i recomença el cicle. El fred produït en l’evaporador pot ésser transmès sia directament a l’ambient que hom vol refredar o mitjançant un fluid de transport (salmorra, etc). Els compressors emprats poden ésser de tipus volumètrics (alternatius o rotatius) o de tipus cinètic (centrífugs o axials) i generalment són de compressió seca (el refrigerant que entra en el compressor és vapor saturat i el refrigerant abandona el compressor com a vapor reescalfat). Els condensadors solen ésser del tipus multitubular, refredat per aigua, bé que els problemes associats a la qualitat de les aigües aconsellen com més va més la utilització de condensadors refredats per aire, del tipus de feix tubular amb aletes, de cost molt més elevat que els refredats per aigua. Els dispositius d’expansió poden ésser simples diafragmes calibrats intercalats a la línia entre condensador i evaporador o bé tubs capil·lars dimensionats per tal de donar la necessària pèrdua de càrrega. Ambdós sistemes són utilitzats en petits equips de condicionament d’aire o aparells frigorífics domèstics. En instal·lacions industrials, o quan les necessitats de refrigeració són importants, els dispositius d’expansió són veritables vàlvules que controlen el flux de refrigerant que en cada moment exigeix l’evaporador. Poden ésser vàlvules de flotador, vàlvules termoestàtiques, que regulen la temperatura del vapor reescalfat aspirat pel compressor, o vàlvules de pressió constant, que controlen la pressió d’evaporació. Els evaporadors són bescanviadors de calor dissenyats per al millor aprofitament de la calor latent de vaporització del refrigerant i poden ésser inundats de refrigerant líquid, o bé del tipus d’expansió seca, en els quals hi ha quantitats indefinides de refrigerant líquid en ebullició.
Les màquines d’absorció basen el seu funcionament en l’absorció i alliberament alternatius d’un refrigerant per part d’un absorbent. Destaquen els sistemes d’aigua-amoníac (aigua com a absorbent i amoníac com a refrigerant) que utilitzen la gran afinitat de l’aigua freda respecte a l’amoníac (a 0°C un volum d’aigua dissol 1 050 vegades el seu volum de gas amoníac) i els de bromur de liti-aigua (bromur de liti com a absorbent i aigua com a refrigerant). En aquest sistema el vapor refrigerant és dissolt per l’absorbent (solució rica), la mescla passa per un serpentí refrigerador, que n'extreu la calor de dissolució, i va a la bomba, que n'augmenta la pressió i la introdueix en el generador, on és escalfada i una part del refrigerant se separa en forma de vapor a alta pressió i alta temperatura i hi resta la solució pobra, la qual torna a l’absorbidor per una vàlvula d’expansió que manté la diferència de pressió entre els costats d’alta i baixa pressió del sistema. Una característica del sistema d’absorció és que requereix molt poc treball mecànic per a fer-lo funcionar, perquè tan solament se'n despèn una petita quantitat a la bomba. El cost principal de funcionament és el de l’energia tèrmica consumida en el generador. La màquina d’absorció té aplicació en països freds i en llocs on hom no disposa de subministrament d’electricitat o bé aquest no és regular.
Algunes màquines frigorífiques funcionen segons el sistema de compressió de gas, i segueixen un cicle termodinàmic semblant al de compressió de vapor, però el dispositiu d’expansió ha estat substituït per una turbina, la qual proporciona una part de l’energia que hom necessita per a accionar el compressor. Aquest sistema només és emprat en la liqüefacció dels gasos permanents i en els sistemes de condicionament d’aire de les aeronaus.
En els sistemes frigorífics per ejecció de vapor, la vaporització del frigorigen a baixa pressió és realitzada per un ejector o més d’un. Els ejectors s’alimenten generalment amb el vapor a alta pressió d’un fluid de la mateixa natura que el frigorigen, com per exemple aigua.
Els sistemes termoelèctrics es fonamenten en l’efecte Peltier, o refredament d’una unió entre dos conductors metàl·lics diferents quan hi circula un corrent elèctric continu; hom els utilitza com a màquines frigorífiques en els laboratoris de recerca.