空调如何搬运热量呢？它的基本原理，依赖于叫做"制冷剂"的化学物质的特性。制冷剂是一大类物质，通常是一些沸点比较低，又很容易被压缩的有机物。制冷剂有3个很有用的特性：
1. 液态的制冷剂在低气压的条件下很容易汽化，同时吸收大量的热。
2. 气态的制冷剂在高气压的条件下，又很容易回到液态，同时放出热量。
3. 汽化和液化的过程中，温度都不会改变。
汽化吸热，液化放热，把这两个过程连接起来，让制冷剂在温度低的地方汽化，在温度高的地方液化，就可以从低温处吸热，然后把热量排放到高温处了。以前人们用氟利昂做制冷剂，后来发现氟利昂中的氯会破坏臭氧层，所 以现在改用不含氯的烷，比如四氟乙烷等等。
常见的空调制冷循环如下图所示。从左上角开始，这个循环可以分4步：
1. 制冷剂处在高温高压的"饱和液体"状态（1），就好比高压锅里强行压住没有沸腾的热水。
2. 从1到2：制冷剂流经一个膨胀阀。那里，外界压力迅速下降。高温高压的液体按耐不住，开始膨胀。有一小部分制冷剂汽化成了气体，而剩下的则变成低温低压的液体（2）。
3. 从2到3：低温低压的制冷剂液体和气体混合物流经蒸发器，蒸发器和室内的空气相连。在蒸发器里，所有的制冷剂液体全部蒸发，同时从室内空气中吸收热量。但是蒸发的时候，气体的温度不会变，所以制冷剂全部变成了低温低压的气体（3）。被吸走热量的室内空气温度降低，变成冷风，从空调出风口里吹出来，让我们感到凉爽。
4. 从3到4：低温低压的气体制冷剂流经空调压缩机。这里，压缩机强行压缩这些气体的体积。体积缩小，温度和压力都迅速上升，变成了高温高压的气体（4）。
5. 从4到1：高温高压的气体制冷剂流经冷凝器，按耐不住要变回液体。气体液化的时候，虽然温度也不变，但也会释放热量。制冷剂又变回了高温高压的液体状态（1）。液化释放出来的热量，被空调外机吹出室外。而高温高压的液体制冷剂（1）则准备再次进入膨胀阀，开始下一个制冷循环。
空调常见的制冷循环。
在这种制冷循环中，制冷剂的状态不断发生变化：从液体变成气体，再回到液体；从高温降到低温，再回到高温。我们知道，"熵"是用来衡量混乱程度的：对于同样的物质，液态时分子之间联系比较紧密，混乱程度比气态时要低。也就是说，气态的熵大于液态。所以，如果我们把图2循环中制冷剂的状态，画在以熵（S）和温度（T）为横纵坐标的二维平面上，就会像图3中蓝色箭头围成的曲线那样。 图中，从左到右，制冷剂从液态逐渐变为气态，熵增加；从下往上，制冷剂的温度逐渐升高。
空调制冷循环（蓝色实线）和逆卡诺循环（黑色虚线）在温度-熵示意图上的轨迹。为示意清楚，逆卡诺循环的位置已和空调制冷循环错开。
热力学的推演表明，有一种理想状态下效率最高的制冷循环，叫做"逆卡诺热机"。它长成图3中黑色虚线箭头所示的样子：正好是一个长方形。 制冷循环的曲线所围成的面积约小，效率越高；曲线离横轴越远，温度越高，效率越高。可以看到，空调使用的制冷循环并不是一个平行四边形，而是在4的地方还多出一个尖角。和相同温度下的逆卡诺循环相比，这部分面积是多出来的。所以空调的能效比无法超过逆卡诺循环的效率。
气温如何影响空调的制冷效率？
对于"逆卡诺热机"来说，它的效率只和温度有关：
这里的高温和低温处的温度，需要用绝对温度来表示。 对于空调的制冷需要来说，低温处就是蒸发器出口的温度，它通向室内的冷风出风口；高温处就是冷凝器出口的温度，它通向室外的风机。如果我们假设，低温处的温度为15摄氏度，也就是288 K，高温处的温度为55摄氏度，也就是328 K，那理想状态下"逆卡诺循环"可以达到的最高能效比是7.2。
如果要评价空调实际上浪费了多少能量，应该要把空调的能效比，除以对应温度下"逆卡诺热机"的能效比才行。这么一看，空调确实还是如同其他任何设备一样，会在工作过程中损失一些能量呢。
除了本身制冷循环在理论上降低的能效外，空调管线上的损耗、室内外的漏热、房间除湿的消耗、压缩机的发热等等，都是在消耗输入空调的电力，却没有有效地搬运热量。
从理想状况的能效比关系也可以看出，天气较冷的时候，空调的实际制冷能力会升高，实际输入功率会降低，总能效比变高；天气较热的时候，空调的实际制冷能力会下降，实际输入功率会升高，总能效比变低。这种能效比随环境温度变化的特性如图5所示。空调"国家能效标识"上贴的能效比，就是根据GB/T 7725-2004规定的测量方法，让空调在各个温度下各自运行规定的时间，再把每个温度下实际测量到的能效比做加权平均得出来的。
空调能效比和输入功率随外界温度的变化（引自国标GB/T 7725-2004）。
因此，物理规律坐实了这个坏消息：天气越热，房间里需要搬走的量越多，空调却反而越不给力！
但不管怎样，能效比数值越高的空调，相对还是越节能。但节能空调通常价格也较贵。 而且，即使空调的能效比再高，想要达到省电且快速的制冷效果，还需要结合住房本身的密闭性和隔热性。住房本身密闭性和隔热性较好，才能够比较长久的保持室内的低温，减少空调实际需要工作的时间，从而减少花费。
所以，究竟是选择多花钱买更节能的空调而省电费，还是少花钱买不是那么节能的空调而多花电费，还需要消费者根据自家住房的保温性能算一笔账，根据性价比再做决定。
