汽车空调制冷系统主要由压缩机、冷凝器、蒸发箱、膨胀阀、干燥瓶、空调管道和制冷剂等构成。对于自动空调系统，还包含空调控制单元（ECU）、各类传感器（如车内温度传感器、车外温度传感器、蒸发箱温度传感器、阳光传感器及水温传感器）以及执行元件等部分。
空调系统的工作原理是这样的：压缩机将低压制冷剂气体加压成高温高压气体，然后流向冷凝器。经过电子扇的冷却降温后，变成中温高压气体并流向膨胀阀。膨胀阀将气态制冷剂喷向蒸发箱，汽化的制冷剂带走了周围的热量。通过鼓风机将冷气吹入车内。
对于普通空调的控制方式，打开空调开关后，空调压缩机的离合器会接合，压缩机开始工作，系统开始运行。而对于自动空调，当按下空调开关时，该开关信号会作为空调请求信号发送到发动机ECU。发动机ECU在接收到此信号后，会检查是否满足打开空调的条件，若满足则会向压缩机继电器发出指令，使压缩机开始工作。
长时间使用的空调制冷系统可能会出现一些故障，影响制冷效果。主要的故障因素包括：
1. 密封件老化等原因导致制冷剂泄漏。
2. 冷凝器脏污或电子扇无法正常工作，影响制冷剂的冷却效果。
3. 空调滤清器脏污或鼓风机运行不正常，导致出风口风量不足。
4. 压缩机工作异常。造成压缩机异常的原因多样，例如制冷剂压力不足、传感器及控制系统故障等。