Prinzipiell funktioniert die Umwandlung von Wärme in Kälte immer nach dem selben Prinzip. Von daher gibt es durchaus Gemeinsamkeiten zwischen konventionellen Klimaanlagen und der CO2-Klimaanlage. Hauptunterschied sind die Drücke.
In herkömmlichen Klimaanlagen beträgt der Druck maximal 30 bar. In der CO2-Anlage hingegen wird das Kältemittel im Verdichter auf maximal 130 bar komprimiert.
Die dabei entstehende Wärme wird über den Gaskühler/Kondensator an die Umgebung abgeführt und das komprimierte Kältemittel R744 gekühlt oder bei Temperaturen unter 30 °C kondensiert. Anschließend wird der Kältemittel-Massenstrom im inneren Wärmetauscher weiter abgekühlt, bevor es im elektrischen Expansionsventil gedrosselt wird und mit niedrigem Druck in den Verdampfer einströmt.
Darin beginnt das Kältemittel zu sieden, also zu verdampfen, und nimmt dazu die Wärme aus der durch den Verdampfer strömenden Luft für den Innenraum auf. Die Luft kühlt ab und wird zudem entfeuchtet, da die Luftfeuchte an der kalten Verdampferoberfläche kondensiert.
Nach dem Verdampfer hat das Kältemittel dann nur noch einen Druck von 30 bis 40 bar und eine Temperatur von etwas über 0 °C. Das noch kalte Kältemittel strömt durch den Akkumulator und gelangt danach in den inneren Wärmetauscher zur Wärmeaufnahme. Der Akkumulator puffert Kältemittel aus unterschiedlichen Betriebszuständen und beinhaltet ein Kältemittelreservoir.
Akkumulator und innerer Wärmetauscher können getrennt oder in einem Bauteil zusammengefasst sein. Im inneren Wärmetauscher überhitzt das Kältemittel und wird anschließend vom Verdichter angesaugt und wieder komprimiert. Der Kreislauf beginnt von neuem.