El producto expulsa y evapora directamente el refrigerante del sistema de refrigeración en el elemento de control objetivo (intercambiador de calor) para el intercambio de calor, enfriando así el objeto de control objetivo. En comparación con el fluido (gas) transportado al intercambiador de calor, la capacidad de intercambio de calor es generalmente más de 5 veces superior, lo que resulta especialmente adecuado para aplicaciones en las que el área de intercambio de calor del intercambiador de calor es pequeña pero la capacidad de intercambio de calor es grande.

El refrigerador de enfriamiento directo también se puede utilizar como captura de gas, el refrigerante pasa directamente a la trampa para evaporarse, y el gas en el espacio se captura rápidamente a través del efecto de condensación en la superficie de la trampa.