機械制冷的冷藏火車有兩種：一種是每一節車廂都備有自己的制冷設備，而且用自備的柴油發電機驅動制冷壓縮機。這種冷藏火車可以單輛與一般貨物車廂編列運行，制冷壓縮機由自備的柴油發電機驅動，也可以由5-20輛冷藏火車組成機械列，由專用車廂裝備的列車柴油發電機統一發電，向所有的冷藏車廂供電，驅動各輛冷藏火車的制冷壓縮機。另一種冷藏火車的車廂中只裝有制冷機組，沒有柴油發電機。這種冷藏火車不能單輛與一般貨物列車編列運行，只能組成單一機械列運行，由專用車照中的柴油發電機統一供電來驅動壓縮機，若停運時間較長，可由當地電網供電。
機械制冷的冷藏火車車廂長15-21m，寬2.8-3.1m，高3.1-4.4m，有效裝載容積70~90m3，載重量30-40t。采用聚苯乙烯或發泡聚氨酯作隔熱層，圍護結構的傳熱系數為0.29-0.49W/(㎡·K)。制冷機為雙級氟利昂半封閉式壓縮機，其標準產冷量為10.5~24.4kW，車廂內溫度維持-18℃。
冷空氣在冷藏車廂內的均勻分布十分重要。利用通風機強制空氣流經蒸發器，冷卻后的空氣沿頂板與廂頂形成的風道流動，并從項板上開設的縫隙沿著車廂側壁從上向下流動，冷空氣流過食品垛后，溫度升高，由垛下的回風道被通風機吸回，重新冷卻。行車時車內溫度基本上可由一臺制冷機組維持，另一臺制冷機組備用。必要時可同時啟動兩臺制冷機組。
為了在很低的外界溫度下運行時保持規定的車廂溫度，有的冷藏火車配備有電加熱裝置。
