Als Kompressoren kommen hauptsächlich und in der Reihenfolge steigender Kälteleistung Rollkolben, Scrollverdichter, Hubkolbenverdichter, Schraubenverdichter und Turboverdichter zum Einsatz.

Kühlersysteme mit einem Kompressor, der direkt an das Arbeitsvolumen angeschlossen ist, gehören zum Stirling-Typ, solche mit Hoch- und Niederdrucktanks und Verteilerventil zum Gifford-McMahon-Typ.

Hinsichtlich der Wahl des Kältemittels müssen folgende Aspekte berücksichtigt werden:

• Dampfdruck des Kältemittels,

Der Dampfdruck des Kältemittels im Arbeitsbereich zwischen dem Verflüssigung- und Verdampfungszustand sollte in einem technisch beherrschbaren Bereich liegen. Im Hochdruckbereich sollten keine übermäßigen Wandstärken für Verdichter, Druckbehälter und Rohrleitungen erforderlich werden, andererseits sollten die Querschnitte der Apparate und Rohrleitungen im Niederdruckbereich nicht zu groß werden, da die Dichte des Dampfes und die Verdampfungsenthalpie deren Dimensionierung bestimmen. Falls auf der Niederdruckseite Unterdrücke auftreten, müssen Entlüftungsapparate installiert werden, um die unweigerlich eindiffundierte Luft auszuschleusen.

• Thermodynamische Eigenschaften

Neben dem Dampfdruck im Einsatzgebiet der Kältemittel sind die Größen Verdampfungsenthalpie und Isentropenexponent entscheidend für die Auslegung des Kältemittelkreislaufes. Die Verdampfungsenthalpie und der Dampfdruck bei der Verdampfungstemperatur bestimmen die volumetrische Kälteleistung und somit die Dimensionierung der Apparate. Der Temperaturanstieg des Kältemittels bei der Verdichtung wird im Wesentlichen durch den Isentropenexponent bestimmt.

• Umweltaspekte

Aus Umweltgesichtspunkten sind natürliche Kältemittel wie Ammoniak (NH₃), R290 Propan (C₃H₈), R744 Kohlendioxid (CO₂) vorzuziehen. Die Kältemittel haben allerdings auch Nachteile, wie die Giftigkeit von Ammoniak und die Unverträglichkeit von Buntmetallen im Kältekreislauf. Propan ist ein hoch entzündliches Gas, so dass bei diesem Kältemittel der Explosionsschutz zu betrachten ist. (CO₂) hat einen hohen Dampfdruck, so dass die Bauteile des Kältekreislaufes für höhere Drücke zu dimensionieren sind.

Gängige Kältemittel sind Fluorkohlenwasserstoffe (FKW) und teilhalogenierte Fluorkohlenwasserstoffe (HFKW), wie zum Beispiel R134a (Tetrafluorethan), deren Gemische, wie zum Beispiel R 507, R 407C und R 404A, außerdem Ammoniak (NH₃), Kohlendioxid (CO₂), Kohlenwasserstoffe (zum Beispiel Propylen, Isobutan und Propan). Für industrielle Kälteanlagen mit großer Leistung ist Ammoniak als natürliches Kältemittel weit verbreitet. Im Bereich der Gewerbekälte und der Klimatisierung werden meist FKW eingesetzt, die allerdings wegen ihres erheblichen Treibhauseffektes (engl. Global warming potential (GWP)) Gegenstand einer politischen Diskussion sind, die eine Einschränkung ihrer Verwendung zum Ziel hat. Die früher üblichen Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) sind wegen ihrer ozonzerstörenden Wirkung (engl. Ozone depletion potential (ODP)) in der EU bereits stark eingeschränkt und insbesondere für Neuanlagen nicht mehr zugelassen. Neben Einstoff-Kältemitteln können auch Kältemittel-Gemische zum Einsatz kommen. Hierbei unterscheidet man azeotrope Gemische von solchen mit Temperatur-Glide. Letztere werden in Systemen mit Verdampfern eingesetzt, bei denen das Kältemittel in Rohrschlangen geführt wird, so dass es vollständig verdampft (sog. Trockenexpansion).