離心式制冷機是以離心式制冷壓縮機為主機的制冷裝置。離心式制冷壓縮機通過高速旋轉的葉輪把能量傳遞給連續流動的制冷劑蒸氣來完成壓縮過程。它的工作過程是由蒸發器來的氣體經由壓縮機的進氣室進入葉輪的吸入口，由于葉輪以高速轉動，就把葉片間的氣體以高速度甩出去，氣體在被甩出的過程中，葉輪對氣體作了功，因此氣體的速度增大，同時壓力也增高。這從能量轉化的角度看，也可以理解為葉輪給氣體以一定的能量，此能量又轉化為氣體的壓力能和速度能。

由葉輪出來的氣體，其速度很高，因此在葉輪的后面設有擴壓器，一般是一個環形的通路，氣體流經擴壓器時沿流動方向的截面積是逐漸增大的，因而氣流的速度低.壓力進一步增高.即由速度能轉化為壓力能。擴壓器出來的氣體再由回流器引入下一個葉輪進行再一次壓縮。

回流器也是一個環形通道，但前端有一彎曲部分(稱為彎道)，把氣體由離心方向改為向心方向，彎道之后，一般都裝有葉片，引導氣體以一定的方向進入下一級葉輪，在彎道和回流器中，氣體的壓力和速度的變化一般不大，在單級離心式壓縮機和多級離心式壓縮機的末一級，沒有回流器，而是接上一個蝸殼，它的作用是把擴壓器出來的氣體引導到排氣管道，以便通往冷凝器。