冷凍式幹燥機（冷幹機）是目前適用較廣的壓縮空氣除水設備。冷幹機利用製冷技術，使進入幹燥機濕量飽和的壓縮空氣溫度驟然降低，迫使其中大部分水蒸氣（及部分油蒸汽）冷凝成液態水（油），並與空氣分離後再將壓縮空氣回溫至較高溫度以降低其相對濕度後再輸送至下遊用氣設備。

在壓縮空氣冷凍式幹燥機裏，由於在蒸發器裏，壓縮空氣始終是飽和的，在流通過程中便會不斷析出凝結水，其露點也隨之下降---極限是水的冰點。正是由於受到冰點的限製，冷凍幹燥機製冷係統的蒸發溫度不能像冰箱那樣設置得太低，這就限製了壓縮空氣露點的進一步下降，因此經冷凍式幹燥機處理的壓縮空氣幹燥度（含水量）是有限的。通常情況下，無論壓縮空氣具有多大的壓力，其工作壓力下的露點（簡稱"壓力露點"）都在零度以上，普遍2-10℃作為其淨化效率的標誌。