這種冷藏汽車帶有蒸氣壓縮式制冷機組，通常安裝在車廂前端，稱為車首式制冷機組。大型貨車的制冷壓縮機配備專門的發動機（多數情況下用汽油發動機，以便利用與汽車發動機同樣的燃油）：小型貨車的壓縮機與汽車共用一臺發動機。壓縮機與汽車共用一臺發動機時，車體較輕，但壓縮機的制冷能力與車行速度有關，車速低時，制冷能力小。通常用40k/h的速度設計制冷機的制冷能力。為在冷藏汽車停駛狀態下驅動制冷機組，有的冷藏汽車裝備一臺能利用外部電源的電動機。
空氣冷卻器通常安裝在車廂前端，采用強制通風方式。冷風貼著車廂頂部向后流動，從兩側及車廂后部下到車廂底面，沿底面間隙返回車廂前端。這種通風方式使整個食品貨堆都被冷空氣包圍著，外界傳入車廂的熱流直接被冷風吸收，不會影響食品的溫度。為了形成上述冷風循環，食品要堆放在木板條上，在貨垛的頂部與四圍留有一定的間隙，作為冷空氣循環通路。圖9-17為機械制冷冷藏汽車的車內氣流流動示意。
運輸冷卻水果、蔬菜時，果蔬會放出呼吸熱，除了在貨堆周圍留有間隙以利通風外，還要在貨堆內部留有間隙，便于冷風把果蔬放出的呼吸熱及時帶走。運輸凍結食品時，沒有呼吸熱放出，貨垛內部不必留間隙，只要冷風能在貨堆周圍循環即可。
車廂內的溫度用恒溫器控制，使車廂內的溫度保持在與規定溫度偏離±2℃的范圍內。當外界氣溫為35℃時，一般要2h才能使車廂內的溫度降至-18℃。因此，應提前起動制冷機，待車廂內的溫度達到要求后再開始裝貨。
冷藏汽車壁面的熱流量與外界溫度、車速、風力及太陽輻射有關。停車時，太陽輻射的影響是主要的；行車時，空氣流動的影響是主要的。最常用的隔熱材料是聚苯乙烯泡沫塑料和聚氨酯泡沫塑料。廂壁的傳熱系數通常小于0.6W/（m2·℃）。
機械制冷冷藏汽車的優點是：車內溫度比較均勻穩定，車內溫度可調，運輸成本較低。其缺點是：結構復雜，易出故障，維修費用高；初期投資高：噪聲大；大型車的冷卻速度慢，時間長，需要融霜。
