在制冷系統(tǒng)中，能量的相互轉(zhuǎn)移與轉(zhuǎn)換需要通過(guò)制冷劑吸熱或放熱、膨脹或壓縮等變化來(lái)完成，因此制冷的理論基礎(chǔ)就是研究能從相互轉(zhuǎn)換過(guò)程中所應(yīng)遵循的科學(xué)規(guī)律，即熱力學(xué)。熱力學(xué)是從宏觀角度研究物質(zhì)的熱運(yùn)動(dòng)性質(zhì)及其規(guī)津的學(xué)科，主要是從能量轉(zhuǎn)化的觀點(diǎn)來(lái)研究物質(zhì)的熱性質(zhì)，它揭示了能量從一種形式轉(zhuǎn)換為另一種形式時(shí)遵從的宏觀規(guī)律，總結(jié)了物質(zhì)的宏觀現(xiàn)象而得到的熱力學(xué)理論，它研究系統(tǒng)在整體上表現(xiàn)出來(lái)的熱現(xiàn)象及其變化發(fā)展所必須遵循的基本規(guī)律，其主要內(nèi)容為熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律。

熱力學(xué)第一定律是普遍的能量守恒和轉(zhuǎn)化定律在一切涉及宏觀熱現(xiàn)象過(guò)程中的具體表現(xiàn)。熱力學(xué)第一定律確認(rèn)，在任何發(fā)生能量轉(zhuǎn)換的熱力過(guò)程中，轉(zhuǎn)換前后能量的總量維持恒定，即制冷系統(tǒng)從周圍介質(zhì)吸收的熱量、對(duì)工作介質(zhì)所做的功和系統(tǒng)內(nèi)能增量之間在數(shù)量上守恒。熱力學(xué)第一定律僅指出能量轉(zhuǎn)換在數(shù)量上的關(guān)系，然而遵循熱力學(xué)第一定律的過(guò)程卻未必能實(shí)現(xiàn)，還需同時(shí)遵循熱力學(xué)第二定律，熱力學(xué)第二定律揭示了能從交換和轉(zhuǎn)換的條件、深度和方向。

熱力學(xué)第二定律是限定實(shí)際熱力學(xué)過(guò)程發(fā)生方向的熱力學(xué)規(guī)律。它證實(shí)熵增原理成立，也就是說(shuō)，熱力學(xué)第二定律要求孤立系統(tǒng)中發(fā)生的過(guò)程沿著熵增加的方向進(jìn)行，即達(dá)到平衡態(tài)的熱力學(xué)系統(tǒng)的熵最大。熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律一起，構(gòu)成了熱力學(xué)理論的基礎(chǔ)，它闡述了熱量傳遞是不可逆的，熱量總是自發(fā)地從高溫物體傳遞到低溫物體。而相反的過(guò)程是不可能自發(fā)地進(jìn)行的，即不可能把熱量從低溫物體傳遞到高溫物體而不產(chǎn)生其他影響。所以。熱力學(xué)第一定律告訴我們熱最是可以轉(zhuǎn)移的，熱力學(xué)第二定律告訴我們熱量在什么條件下可以朝著什么方向轉(zhuǎn)移。并且，由熱力學(xué)第二定律引出的卡諾定理指出了提高制冷機(jī)經(jīng)濟(jì)性的方向和限度。