تعتمد الثلاجة الكيميائية على مبدأ التبخر والتكثيف لتبريد المحتويات. تتكون الثلاجة الكيميائية من وحدة التبريد وعادة ما تستخدم الماء كمادة تبريد.
في البداية، يتم إدخال الماء في وحدة التبريد التي تحتوي على مادة كيميائية مثل السليكا الهلامية أو مركبات الأمونيا. يتم إزالة الهواء من الجهاز لمساعدة المياه على التبخر بسرعة.
عندما يتم تشغيل الجهاز، يتم تسخين وحدة التبريد عن طريق مصدر حراري مثل الشمع أو كهرباء، مما يؤدي إلى تحويل المادة الكيميائية في وحدة التبريد إلى سائل. يتم إرسال البخار الرطب المحاط بالماء عبر الأنابيب إلى وحدة التكثيف، حيث يتم تحويله إلى ماء نقي بارد باستخدام الماء البارد الذي يتم تمريره عبر المبادل الحراري. يتم جمع الماء الناتج بواسطة حاوية خاصة ويمكن استخدامه لأغراض متعددة.
يتم إعادة مادة التبريد إلى الحالة الأولية في وحدة التبريد عن طريق تبريدها. وهكذا فإن عملية التبخر والتكثيف تستمر وتحافظ الثلاجة الكيميائية على المحتويات الموجودة بداخلها باردة لفترة طويلة.