威利斯·哈维兰·卡里尔在印刷出版公司工作时，遇到了一个挑战：如何调节空气的温度和湿度。卡里尔把这个任务交给了布法罗锻冶公司，并开始思考可能的解决方案。他灵机一动，如果蒸汽能让空气变暖，那冷水是否能让空气变凉呢？顺着这个思路，卡里尔设计出一台设备，让空气吹过水冷盘管，从而达到降温的效果。他还发现，通过让潮湿空气中的水份冷凝成水珠并滴落，可以获取更冷、更干燥的空气。这台设备在1902年7月17日成功安装在了萨克特·威廉斯印刷出版公司，取得了显著的效果，标志着世界上第一台空调的诞生。

早期的空调和电冰箱使用氨、氯甲烷等有毒气体作为制冷剂，这类气体的泄漏可能会引发严重的事故。然而，托马斯·米基利在1928年发明了一种对人类安全得多的制冷剂——氯氟碳气体（即氟利昂）。尽管氟利昂对人类的安全性更高，但它对大气臭氧层具有破坏性。氟利昂是杜邦公司CFC、HCFC或HFC类冷冻剂的商标，为了表示其成分的分子组成，每一类冷冻剂都有一个数字名称，例如R-11、R-12、R-22和R-134。

然而，随着环保意识的提升，一些对臭氧层无害的制冷剂开始投入使用。例如，“Puron”制冷剂R-410A就是一种替代品。此外，新型的环保制冷剂R290和R32也逐步走向市场。与氟利昂不同，R290分子中只含有碳和氢，不含有氯和氟，因此其破坏臭氧潜能值（ODP）为零。

空调的工作原理基于制冷剂的物态变化。当制冷剂由气态变为液态时，会释放大量的热量；反过来，当它由液态转变为气态时，会吸收大量的热量。这就是空调能够在夏天提供冷气、在冬天提供暖气的原理。在此之前，空调主要使用的是氟利昂作为制冷剂。但现在，环保的制冷剂正在逐步取代它。