Odpařovací chlazení je proces transferu tepla a hmoty založený na přeměně tepla citelného v teplo latentní. Nenasycený vzduch při předávání citelného tepla snižuje teplotu, citelné teplo se mění v teplo latentní, což umožňuje odpařování vody. Pokud se proces pohybuje v adiabatických podmínkách, „teplota suchého teploměru“ vzduchu se při této přeměně snižuje a zvyšuje se vlhkost. Výměna tepla trvá až do momentu, kdy vzduch dosáhne stavu nasycení a teplota vzduchu a vody dosáhne stejné hodnoty, nazývané „teplota adiabatického nasycení“. Sám proces se nazývá „adiabatickým nasycením“.

Pro definování této teploty budeme předpokládat existenci dlouhého adiabatického tunelu, do kterého se za určitých podmínek vhání vlhký vzduch, do tunelu se vstřikuje voda a podrobuje se recirkulaci. Tímto způsobem dochází k nasycení vzduchu. V praxi dostává voda v nádržích, čerpadlech a trubkách dodatečné, pociťované zatížení zvenčí. Kromě toho teplota vody napájející odpařovací a čisticí prvky nemusí nutně mít teplotu adiabatického nasycení přiváděného vzduchu. Proto je v procesu odpařovacího chlazení koncepce „adiabatického nasycení“ pouze teoretickou hraniční úrovní, do které by v ideálních podmínkách bylo možné vzduch zchladit. Jestliže teplota značně překročí teplotu adiabatického nasycení, je proces podobný procesu probíhajícímu v chladicí věži, kde se vzduch a voda chladí současně. V zařízeních přímého odpařovacího chlazení, takových jako tzv. „systém celulózových vložek“, je možné vodu ohřívat čerpadlem nebo ziskem energie z neizolovaných trubek. Jestliže dochází ke kontaktu se vzduchem, obě média předají citelné teplo a jakmile toto teplo přejde do stavu latentního, media se ochladí. Po dobu, kdy dochází k odpařování vody, se odvádí teplo z prostředí, což umožní změnu skupenství z kapaliny na vodní páru a vzduch se zvlhčuje. Většina systémů přímého vstupu vzduchu využívá ve vložkách vodu z recirkulace, což umožňuje snížit provozní náklady. V těchto systémech však je vždy třeba zamezit tvorbě aerosolu, obvykle se používá dezinfekční systém s tzv. ozónováním. Kvůli adiabatickému nasycení existují omezení pro získané ochlazení. Množství odebraného citelného tepla nemůže překročit množství tepla latentního potřebného k nasycení vzduchu. Snížení vlhkosti vzduchu zvyšuje efekt chlazení a naopak.

V důsledku toho není tento proces při velmi vysoké vlhkosti vzduchu efektivní a při nízké vlhkosti může faktor EER překročit úroveň 40.