Le liquide, après avoir été admis par une soupape de détente de type bouée, s'écoule à travers les serpentins, éliminant la chaleur du milieu à refroidir. En recevant de la chaleur de l'évaporateur, une partie du réfrigérant s'évapore, formant un mélange de liquide et de vapeur, qui, en quittant l'évaporateur, est conduit à un séparateur de liquide. Ce séparateur, comme son nom l'indique, a pour fonction de séparer la phase vapeur de la phase liquide. Le réfrigérant à l'état de vapeur saturée est aspiré par le compresseur tandis que le liquide retourne à l'évaporateur au besoin. Comme il y a du liquide en contact avec toute la surface des tubes, ce type d'évaporateur utilise efficacement toute sa surface de transfert de chaleur, ce qui entraîne des coefficients de transfert de chaleur globaux élevés.
Ce type d'évaporateur est largement utilisé dans les systèmes de réfrigération qui utilisent l'ammoniac comme réfrigérant, mais son utilisation est limitée dans les systèmes avec des réfrigérants halogénés en raison de la difficulté de favoriser le retour de l'huile vers le carter du compresseur. Il nécessite de grandes quantités de réfrigérant et a également un coût initial plus élevé.
