밀폐된 용기 속의 온도를 그 주위의 온도보다 낮게 하기 위해 기계적인 작업을 하거나, 열을 흡수하여 냉동작용을 하는 장치.
냉동기 속의 저온 쪽에서 고온 쪽으로 열을 이동시키는 열펌프의 역할을 하며, 열을 운반하는 동작유체(動作流體)를 냉매(冷媒)라 한다.

냉매로는 이산화탄소·암모니아·염화메틸 등이 주로 사용되었으며 최근까지는 프레온을 사용했으나 오존층 파괴 문제로 대체물질의 개발이 이루어지고 있으며 일부는 사용되고 있다.
이들 기화하기 쉬운 냉매를 액체로 하여, 그것이 기화할 때 주위로부터 기화열을 빼앗는 현상을 이용한 것이 냉동기의 원리이다.

가장 널리 사용되고 있는 냉동기는 증기압축식 냉동기로, 이것은 압축기·응축기·증발기·팽창밸브로 이루어져 있다. 전동기로 압축기를 운전하여 기체상태인 냉매를 압축해서 응축기로 보내고, 이것을 냉동기 밖에 있는 물이나 공기 등으로 냉각해서 액화한다.

 이 액체상태로 된 냉매가 팽창밸브에서 유량이 조정되면서 증발기로 분사되면 급팽창하여 기화하고, 증발기 주위로부터 열을 흡수하여 용기 속을 냉각한다.
기체로 된 냉매는 다시 압축기로 돌아와서 압축되어 액체상태가 된다. 이와 같이 반복되는 압축·응축·팽창·기화의 4단계 변화를 냉동사이클이라고 한다.

또, 증발기에서 증발한 냉매를 압축기로 기계적으로 압축하는 것이 아니라 용액으로의 흡수 및 용액으로부터의 방출에 의해 냉동하는 흡수식 냉동기도 있다. 기화한 냉매를 묽은 용액에 일단 흡수시키고, 그것을 전열(電熱) 또는 가스불꽃 등으로 가열하여, 고압의 기체냉매를 분리해서 순환시킨다.

냉방용의 대형 흡수식 냉동기에서는 염화리튬의 수용액이 사용되며 물이 냉매가 된다. 가정용 냉장고에도 흡수식이 있으며, 이것에는 암모니아 수용액 외에 수소가스가 봉입되어 있다. 흡수시키는 대신에 실리카겔 등 고체에 흡착(吸着)시키는 흡착식 냉동기도 있다. 그 밖에 이젝터로 기체냉매(보통 수증기)를 압축하는 증기분사 냉동기도 있다.

냉동기는 처음에 제빙용(製氷用)으로 발달된 것으로, 오늘날에도 제빙은 냉동기의 응용에서 큰 몫을 차지한다. 1902년 W.H.캐리어가 냉수에 의한 공기의 냉각과 습도조절의 이론을 확립하고서부터, 냉동기의 응용으로서 공기조화(空氣調和)가 발달하였다.

현재 냉동기의 응용은 매우 광범위하다. 가정용 전기냉장고, 식품냉동용 냉동창고, 공기조화장치 등 다방면에 사용되고 있으며, 각기 목적에 맞는 방식·능력의 것이 사용되고, 냉매도 그것에 따라 알맞게 선택된다. 영하 30~40 ℃까지는 1단압축냉동기로도 얻을 수 있으나, 이 이하의 저온을 얻고자 할 때는 2단압축냉동기가 사용된다.

이와 같은 초저온(超低溫) 장치는 생물이나 화학약품의 저장보관, 재료의 저온에서의 성질연구, 가스의 액화·탈수(脫水), 혈장(血漿)·페니실린 등의 냉동건조 등에 이용된다. 이상의 방법과는 원리적으로 다른 열전자냉동(熱電子冷凍)을 이용하는 것도 연구되고 있다.

2개의 다른 금속으로 전기회로를 만들고, 이것에 직류를 흘려 보내면, 두 금속의 접합점에서 한쪽이 저온이 되어 외부로부터 열을 흡수하고, 다른 쪽은 고온이 되어 외부로 열을 방출한다. 이것이 ‘펠티에효과’로 이 원리를 응용한 것이 열전자냉동이며, 전자냉동이라고도 한다.

특히 열전도율이 낮은 반도체의 연구가 진행됨에 따라 전자냉동의 실용화가 가까워지고 있다.