Im Gegensatz zu Wasser, dass bei 100 Grad Celsius siedet und verdampft, tritt dieser physikalische Vorgang bei Kältemittel schon bei viel niedrigeren Temperaturen ein.

Es gibt verschiedene Kältemittel. Bei den gängigen liegt der Zeitpunkt, an dem das Kältemittel vom flüssigen in den gasförmigen Zustand wechselt (Siedepunkt), bei -30 bis -40 Grad Celsius (bei atmosphärischem Druck).
Ein Klimaanlage bedient sich dieser physikalischem Eigenschaft von Kältemitteln.

Es gibt heute verschiedene Kältemittel, die für verschiedene Anwendungen genutzt werden. Dazu gehören Ammoniak (R717, NH3), Kohlendioxid (R744) und verschiedene Kohlenwasserstoffe. Ausserdem wird unterschieden zwischen organischen und anorganischen Kältemitteln. In den heutigen  Klimaanlagen sollte sich chlorfreies  Kältemittel befinden, damit bei eventueller Undichtigkeit oder Zerstörung der Klimaanlage keine Umweltschädigung eintritt. Man spricht dann schlechthin von FCKW-freien Klimageräten oder Anlagen.

In der Klimaanlage befindet sich das Kältemittel im sogenannten Kältekreislauf. Dieser besteht hauptsächlich aus Verdampfer, Verdichter, Verflüssiger und Kältemittelleitungen. Ausserdem spielt das Expansionsventil (Expansionsorgan, Drosselorgan oder Kapillarrohr) eine wichtige Rolle.