飲水機的製冷原理主要分爲壓縮機制冷和電子製冷兩種類型。
壓縮機制冷型飲水機的製冷原理與冰箱相似。當用戶按下製冷開關時，壓縮機啓動運行，它將蒸發器中已吸熱氣化的製冷劑蒸汽吸回，並壓縮成高溫、高壓氣體，然後送至冷凝器。在冷凝器中，製冷劑向外界空氣散熱並冷凝成高壓液體。接着，製冷劑經過毛細管節流降壓，流入蒸發器內，在這裏吸收冷膽的熱量使水溫下降，然後被壓縮機再次吸回。這個過程不斷循環，以達到降溫的目的。當水溫降到設定溫度時，溫控器觸點斷開，壓縮機停轉，飲水機轉入保溫狀態。斷電後水溫逐漸回升，當升到設定溫度時，溫控器觸點再次動作閉合，壓縮機重新啓動，維持水溫在低溫狀態。
電子製冷型飲水機則採用半導體元件製冷。當製冷開關被按下後，交流電壓經過電源變壓器降壓、整流二極管全波整流以及電容濾波，輸出直流電壓供半導體制冷組件製冷和風機排風。由於直冷式冷熱飲水機不設自動控溫，因此製冷指示燈會持續亮着。
綜上所述，壓縮機制冷型飲水機通過壓縮機和冷凝器的循環工作來實現製冷，而電子製冷型飲水機則利用半導體元件來製冷。