制冷技术的理论基础是工程热力学。工程热力学研究热能与机械能之间转换的一般规律，这些规律包括在能量传递和转化过程中量的关系(热力学第一定律)，以及转化方向和条件关系(热力学第二定律)。
热力学第一定律：热能和机械能可以相互转换，但能量的总量必定守恒。
热力学第一定律揭示了自然界中能量转换和转移时的数量守恒关系。无数事实表明，凡是不符合热力学第一定律的过程都是不可能实现的。
热力学第二定律有以下两种代表性的说法。
（1）克劳修斯说法：热量不能自动地、不付出代价地从低温物体传到高温物体。
（2）开尔文一普朗克说法：不可能制造出一种只从一个热源吸收热量，使它完全变为机械能而不引起其他变化的循环热机。
热力学第二定律明确提出了所有热机循环的热效率不可能达到百分之百。那么在一定条件下热效率最高究竟能达到多少？在19世纪初，蒸汽机虽然得到了广泛的应用，但其热效率却一直很低，只有3%~5%，95%以上的热量不能利用。因此，如何改进热机，从理论上研究提高热机的热效率，就变得十分迫切。当时卡诺提出了一种理想的循环，它只与一个高温热源和一个低温热源交换能量。没有散热、漏气和摩擦等因素存在。遵循这种循环的热机称为卡诺热机，其热效率最高。
