经过压缩并冷却到常温的气体进入喷嘴，在喷嘴中膨胀并加速到音速，从切线方向射入涡流室，形成自由涡流。自由涡流的旋转角速度愈靠近中心愈大，由于角速度不同，在自由涡流的层与层之间就产生了摩擦。中心部分的气流角速度最大，摩擦结果是将能量传递给外层角速度较低的气流，中心层部分的气流失去能量，动能低，速度降低，温度降低，通过涡流管中心的孔板从一端引出，得到制冷需要的冷气流。而外层部分的气流获得动量，动能增加，同时又与涡轮管壁摩擦，将部分动能转换成热能，从涡流管的另一端通过控制阀被引出，形成热气流。可以通过控制控制阀，调节冷热两股气流的流量和温度。
