氮氣冷卻系統的工作原理主要基于氮氣的特殊性質和相關的物理過程。氮氣是一種經濟性氣體，具有低沸點和高熱容量的特點。

在氮氣冷卻系統中，通常先是對氮氣進行壓縮，使其成為高壓氣體。接著，通過冷凝器對高壓氮氣進行冷卻，使其變成液態氮。

例如在化學化工、生物制藥、物理實驗、化纖行業等需要氮氣作為循環氣體的系統工程中，氮氣經加熱器加熱后與物料充分接觸，加熱氮氣帶走物料中的水分，物料達到干燥目的。而濕熱高溫氮氣再經過氮氣冷卻器冷卻，其中水分因露點降低被析出，冷卻后的氮氣可循環使用。

在工業設備的密閉空間里，對于無法在有氧狀態下通電運行的元器件和零部件的冷卻，氮氣制冷也發揮作用。通過將氮氣壓縮成高壓氣體，經冷凝器冷卻成液態氮，液態氮通過膨脹閥進入蒸發器，蒸發器內的低壓環境使液態氮迅速蒸發，吸收周圍熱量實現制冷。

在國外冷藏車領域，全新的玻瑞阿斯氮氣制冷系統采用全新的“雙區系統”，通過管道將液態氮接入貨箱，液氮接觸貨箱內相對溫暖的空氣即刻變冷，達到制冷效果。但要注意封閉空間內含氧量會降低，所以貨箱內會安裝復雜的傳感系統保證人員安全。

氮氣液化系統是將氮氣轉化為液體狀態的設備或系統。其利用壓縮和冷卻過程將氮氣溫度降低到臨界溫度以下，并調整壓力使其變為液體狀態，從而提高氮氣的密度和儲存效率。這一系統中的關鍵設備包括用于壓縮氮氣的壓縮機、實現氮氣和其他氣體分離的空氣分離裝置、冷卻高壓氮氣的蒸發器以及進一步冷卻液態氮的凝結器。