离心式冷水机组是将离心式压缩机、蒸发器、冷凝器及节流机构等设备组成一个整体，这样可以使设备紧凑，节省占地面积。以单级离心式冷水机组为例，制冷压缩机的转子通过增速器由电动机带动。机组运行时，离心式压缩机通过吸气管从蒸发器中抽吸制冷剂蒸气，经压缩机压缩后的高压蒸气进入冷凝器中，被冷却水冷凝，冷凝后的制冷剂液体再经高压浮球阀节流后进入蒸发器，吸收冷水的热量使其得到冷却。
由于离心式压缩机的结构及工作特性，它的输气量一般希望不小于2500 m³/h，因此决定了离心式冷水机组适用于较大的制冷量，单级容量通常在581.4kW (50X 10⁴kcal/h)以上，目前世界上最大的离心式冷水机组的制冷量可达35000 kW (3000 X 10⁴kcal/h )。
此外，离心式冷水机组工况范围较狭窄。单级离心式制冷机中，冷凝压力不宜过高，蒸发压力不宜过低。冷凝温度一般控制在40℃左右，冷凝器进水温度一般在32℃以下，蒸发温度大致在0℃~10℃之间，用得最多的是0℃ ~5℃ 。蒸发器出口冷水温度一般为5℃~7℃左右。
在空调工况时，离心式制冷机的蒸发压力低于大气压力，对压缩机的密封性要求较高，所以离心式压缩机制成半封闭式，其额定转速为7780r/min。机组中的电动机为密闭式，同压缩机的机壳直接连接，因而省去了轴封装置，减少了泄漏和磨损部件.电动机的外壳用冷水进行冷却。我国生产的一种离心式冷水机组为双筒式，冷凝器装在蒸发器上面，其间的距离正好可以装浮球阀室。压缩机、增速齿轮箱和电动机组成半封闭式，并以油箱为底座。这种离心式冷水机组以R134a为制冷剂，蒸发温度为4℃，冷凝温度为38℃，制冷量为872kW。
