制冷技術的理論基礎是工程熱力學。工程熱力學研究熱能與機械能之間轉換的一般規律，這些規律包括在能量傳遞和轉化過程中量的關系(熱力學第一定律)，以及轉化方向和條件關系(熱力學第二定律)。
熱力學第一定律：熱能和機械能可以相互轉換，但能量的總量必定守恒。
熱力學第一定律揭示了自然界中能量轉換和轉移時的數量守恒關系。無數事實表明，凡是不符合熱力學第一定律的過程都是不可能實現的。
熱力學第二定律有以下兩種代表性的說法。
（1）克勞修斯說法：熱量不能自動地、不付出代價地從低溫物體傳到高溫物體。
（2）開爾文一普朗克說法：不可能制造出一種只從一個熱源吸收熱量，使它完全變為機械能而不引起其他變化的循環熱機。
熱力學第二定律明確提出了所有熱機循環的熱效率不可能達到百分之百。那么在一定條件下熱效率最高究竟能達到多少？在19世紀初，蒸汽機雖然得到了廣泛的應用，但其熱效率卻一直很低，只有3%~5%，95%以上的熱量不能利用。因此，如何改進熱機，從理論上研究提高熱機的熱效率，就變得十分迫切。當時卡諾提出了一種理想的循環，它只與一個高溫熱源和一個低溫熱源交換能量。沒有散熱、漏氣和摩擦等因素存在。遵循這種循環的熱機稱為卡諾熱機，其熱效率最高。
