O líquido, após ser admitido por uma válvula de expansão do tipo bóia, escoa através dos tubos da serpentina,removendo calor do meio a ser resfriado. Ao receber calor no evaporador, uma parte do refrigerante evapora, formando um mistura de líquido e vapor, a qual, ao sair do evaporador, é conduzida até um separador de líquido. Este separador, como o próprio nome diz, tem a função de separar a fase vapor da fase líquida. O refrigerante no estado de vapor saturado é aspirado pelo compressor, enquanto o líquido retorna para o evaporador, à medida que se faz necessário. Como existe líquido em contato com toda a superfície dos tubos, este tipo de evaporador usa de forma efetiva toda a sua superfície de transferência de calor, resultando em elevados coeficientes globais de transferência de calor.
Este tipo de evaporador é muito usado em sistemas frigoríficos que utilizam amônia como fluido refrigerante, porém seu emprego é limitado em sistemas com refrigerantes halogenados, devido à dificuldade de se promover o retorno do óleo ao cárter do compressor. Exige grandes quantidades de refrigerante e também possui custo inicial mais elevado.
