离心式制冷机是以离心式制冷压缩机为主机的制冷装置。离心式制冷压缩机通过高速旋转的叶轮把能量传递给连续流动的制冷剂蒸气来完成压缩过程。它的工作过程是由蒸发器来的气体经由压缩机的进气室进入叶轮的吸入口，由于叶轮以高速转动，就把叶片间的气体以高速度甩出去，气体在被甩出的过程中，叶轮对气体作了功，因此气体的速度增大，同时压力也增高。这从能量转化的角度看，也可以理解为叶轮给气体以一定的能量，此能量又转化为气体的压力能和速度能。
由叶轮出来的气体，其速度很高，因此在叶轮的后面设有扩压器，一般是一个环形的通路，气体流经扩压器时沿流动方向的截面积是逐渐增大的，因而气流的速度低.压力进一步增高.即由速度能转化为压力能。扩压器出来的气体再由回流器引入下一个叶轮进行再一次压缩。
回流器也是一个环形通道，但前端有一弯曲部分(称为弯道)，把气体由离心方向改为向心方向，弯道之后，一般都装有叶片，引导气体以一定的方向进入下一级叶轮，在弯道和回流器中，气体的压力和速度的变化一般不大，在单级离心式压缩机和多级离心式压缩机的末一级，没有回流器，而是接上一个蜗壳，它的作用是把扩压器出来的气体引导到排气管道，以便通往冷凝器。
