小型冷水恒溫器在壓縮機、冷凝器、膨脹閥和蒸發器這四個部件中分別完成壓縮、冷凝、節流和蒸發的過程，形成一個完整的制冷循環。
小型冷水恒溫器中驅動電機轉子高速旋轉會產生高溫，熱量通過機體傳遞，如果不加以降溫，驅動電機無法正常工作，所以驅動電機機體內設置有冷卻液道，通過冷卻液的循環與外界進行熱交換。這樣能將驅動電機的工作溫度保持在一定范圍內，防止驅動電機過熱。
1、工作時將高壓交流電轉化成高壓直流電，其轉化過程中會產生大量的熱量， 因此小型冷水恒溫器內部也有冷卻液道，通過冷卻液的循環降低車載充電機的工作溫度。
2、不但控制驅動電機的高壓三相供電，還要將動力電池的高壓直流電轉化成低壓直流電為鉛酸蓄電池充電。在此過程中會產生熱量，需要通過冷卻液循環散熱。
3、低壓制冷劑蒸汽從冷凍機組蒸發器末端進入壓縮機被壓縮做功后，其壓力也快速上升到冷凝壓力，由于制冷劑蒸汽是在瞬間被壓縮和排出，所以熱量并不會被傳遞到外界環境中，可以認為這是一個絕熱壓縮的過程。
4、制冷劑高壓過熱蒸汽進入小型冷水恒溫器冷凝器后，冷凝器會不斷地將制冷劑中的熱量帶出，從而制冷劑由高壓過熱蒸汽轉化為飽和蒸汽，并在不斷地冷凝過程中成為飽和液態制冷劑。
5、當飽和的液態的制冷劑經過小型冷水恒溫器的節流裝置如毛細管、熱力膨脹閥時，制冷劑壓力被迅速釋放，制冷劑的溫度也逐漸降低為蒸發溫度。這時制冷劑（冷媒）是處于一種氣相和液相并存的狀態，不過制冷劑液體占絕大部分，而制冷劑蒸汽占比較少的部分。
6、小型冷水恒溫器制冷劑從節流裝置進入蒸發器后，氣液混合物不斷從循環的載冷劑中吸收熱量并汽化成為氣態制冷劑，載冷劑(水、乙二醇或鹽水)被不斷冷卻并將冷量輸出到應用設備，蒸發的制冷劑則被壓縮機吸入進行下一次壓縮循環過程。
