机械制冷的冷藏火车有两种：一种是每一节车厢都备有自己的制冷设备，而且用自备的柴油发电机驱动制冷压缩机。这种冷藏火车可以单辆与一般货物车厢编列运行，制冷压缩机由自备的柴油发电机驱动，也可以由5-20辆冷藏火车组成机械列，由专用车厢装备的列车柴油发电机统一发电，向所有的冷藏车厢供电，驱动各辆冷藏火车的制冷压缩机。另一种冷藏火车的车厢中只装有制冷机组，没有柴油发电机。这种冷藏火车不能单辆与一般货物列车编列运行，只能组成单一机械列运行，由专用车照中的柴油发电机统一供电来驱动压缩机，若停运时间较长，可由当地电网供电。
机械制冷的冷藏火车车厢长15-21m，宽2.8-3.1m，高3.1-4.4m，有效装载容积70~90m³，载重量30-40t。采用聚苯乙烯或发泡聚氨酯作隔热层，围护结构的传热系数为0.29-0.49W/(㎡·K)。制冷机为双级氟利昂半封闭式压缩机，其标准产冷量为10.5~24.4kW，车厢内温度维持-18℃。
冷空气在冷藏车厢内的均匀分布十分重要。利用通风机强制空气流经蒸发器，冷却后的空气沿顶板与厢顶形成的风道流动，并从项板上开设的缝隙沿着车厢侧壁从上向下流动，冷空气流过食品垛后，温度升高，由垛下的回风道被通风机吸回，重新冷却。行车时车内温度基本上可由一台制冷机组维持，另一台制冷机组备用。必要时可同时启动两台制冷机组。
为了在很低的外界温度下运行时保持规定的车厢温度，有的冷藏火车配备有电加热装置。
