所謂直膨式空調機組，就是制冷系統中由制冷劑在其蒸發(或冷凝)器盤管內直接吸熱或放熱，對盤管外的空氣進行換熱，從而實現制冷或制熱。

熱泵型直膨式空調機組制冷運行時，將來自室內換熱器的低溫、低壓制冷劑氣體經壓縮機吸入并壓縮成高溫高壓氣體進入室外換熱器，與室外側空氣進行熱交換而成為制冷劑液體，經節流元件節流降壓、降溫后再回到室內換熱器，與室內需調節的空氣進行熱交換而成為低溫低壓制冷劑氣體。如此周而復始地循環，達到制冷的目的。

制熱運行時，制冷劑的流動方向與制冷時相反;壓縮機排出的高溫高壓制冷劑氣體在室內換熱器中放出熱從凝結成液體，經節流閥節流后在室外機換熱器中吸收低品位熱量，進行熱泵制熱循環，達到制熱的目的。

單冷型直膨式空調機組僅有制冷模式，其工作過程與熱泵型機組的制冷運行相同。

直膨式空調機組主要由室內空氣處理機組和室外風冷式壓縮冷凝機組兩大部分組成，兩部分用銅管直接連接，管內是制冷劑，空氣經蒸發器降溫處理后，再經一系列處理后送至室內。無須水泵、冷卻塔、風機盤管等配套設備，亦無須冷凝排水管道，安裝使用極為方便，此系統設計避免了寒冷地區冬季凍裂水管的問題。

直膨式空調機組氟系統主要部件有:壓縮機、室內翅片管式換熱器、室外翅片管式換熱器、節流元件、四通換向閥(熱泵機組專有);直膨式空調機組風側系統主要部件有室內風機、電動機、過濾器等。