直膨式空调机组系统的运作是通过三个相互联系的系统：制冷剂循环系统、空气循环系统、电器自控系统。

制冷剂循环系统：蒸发器中的液态制冷剂吸收空气的热量（空气被降温及除湿）并开始蒸发，终制冷剂与空之间形成一定的温度差，液态制冷剂亦完全蒸发变为气态，后被压缩机吸入并压缩（压力和温度增加）,气态制冷剂通过冷凝器（风冷/水冷）吸收热量，凝结成液体。通过膨胀阀（或毛细管）节流后变成低温低压制冷剂进入蒸发器，完成制冷剂循环过程。 
空气循环系统：风机负责将空气从回风口吸入，空气经过蒸发器（降温、除湿），加湿器，电加热器（升温）后经送风口送到用户需的空间内，送出的空气与空间内的空气混合后回到回风口。
电器自控系统：包括电源部分和自动控制部分；电源部分通过接触器，对压缩机、风扇、电加器器，加湿器等供应电源；自动控制分部分又分为温、湿度控制及故障保护部分。 
温、湿度控制是通过温、湿度控制器，将回风的温湿度与用户设定的温湿作对比，自动运行压缩机（降温、除湿），加湿器，电加热（升温）等元件，实现直膨机恒温恒湿空调机组的自动控制。