Ciklus hlađenja je toplinski stroj koji radi u obrnutom smjeru, poznat kao toplinska pumpa s promjenom faze. Korištenje rashladnog sredstva koje ključa na niskoj temperaturi stvara relativnu hladnoću, snižavajući temperaturu hladnjaka na razinu koja sprječava razmnožavanje bakterija i uništavanje hrane. Ciklus hlađenja u osnovi radi na istom principu zbog kojeg vaša ruka bude hladna kada voda isparava iz nje. Druge tekućine, uključujući neke poznate kao rashladna sredstva, proizvode još niže temperature kada ispare.
Ciklus hlađenja je zatvorena petlja plina koja prolazi kroz četiri stupnja. Prva faza je kompresor, koji komprimira rashladno sredstvo kako bi povećao njegovu temperaturu. Plin se zatim usmjerava kroz spirale za rasipanje topline koje oslobađaju toplinu izvan hladnjaka. Kako raspršuje toplinu, rashladno sredstvo se hladi i ponovno kondenzira u tekućinu. Ova tekućina zatim prolazi kroz visokotlačni/niskotlačni prag, nazvan ekspanzijski ventil, što uzrokuje da se širi i mijenja faze u plin. Hladni plin ponovno cirkulira u hladnjaku, apsorbirajući toplinu iznutra, prije nego što se ponovno usmjeri u kompresor. Svrha rashladnog ciklusa je da uzme toplinu iz unutrašnjosti hladnjaka i prenese je prema van.
Da bismo bolje razumjeli ciklus hlađenja, moramo biti upoznati s idejom promjene faze. Tekućina koja isparava ostaje na konstantnoj temperaturi sve dok se faza ne promijeni u plin. Kipuća voda, na primjer, uvijek ostaje na temperaturi svoje točke ključanja, 212°F (100°C). Ako bi hladnjak mogao održavati hranu svježom osiguravajući da ona ostane ispod 300°F (148°C), na primjer, umjesto 40°F (4°C), voda bi se mogla koristiti kao rashladno sredstvo jer bi točka vrelišta vode biti hladan u odnosu na prag hlađenja od 300°F.
Tradicionalno rashladno sredstvo koje se koristi u rashladnom ciklusu je amonijak, ali je otrovno za ljude. Amonijak je tridesetih godina zamijenjen klorofluorougljicima (CFC), ali je utvrđeno da ovaj spoj oštećuje ozonski omotač i ukinut je sedamdesetih godina. Noviji spojevi, kao što su fluorougljikovodici (HFC), učinkovito se hlade, nisu toksični i ne oštećuju ozonski omotač. Izum hlađenja vjerojatno je jedan od najvažnijih izuma 20. stoljeća, koji omogućuje transport hrane na velike udaljenosti ili dugotrajno čuvanje bez kvarenja.