節流制冷機是利用氣體工質節流后產生的焦耳-湯姆遜(Joule-Thomson )效應來獲得低溫，類似于普冷領域的蒸汽壓縮循環，只是為了處理大溫差而增加主換熱器。一種簡單的閉式節流制冷機是林德一漢普森制冷機。系統由壓縮機、換熱器、節流閥和連接管道組成。其中1-2是等溫壓縮過程;2-3是等壓冷卻過程(用返流低溫蒸汽冷卻);3-4是等焓節流過程;在儲液器(蒸發器)④中分離成氣相g和液相f，液相為得到的產品。g-1是等壓吸熱過程，釋放冷量。蒸發器溫度可由節流閥控制蒸發壓力來調節。

為了獲得更低的溫度，可以采用具有附加預冷的節流制冷系統。典型的預冷節流制冷機系統及T-s圖如圖32-4所示。

節流制冷機的主要優點是冷頭沒有運動部件，易于微型化，從而大大提高了快速制冷能力，并且可以將冷頭和壓縮機長距離分離，以減少壓縮機所帶來的振動和電磁干擾。20世紀50年代此類型的微型節流制冷器由英國的Hymatic工廠研發成功并大量生產，經過幾十年的發展，如今的J-T微型制冷機能使紅外器件在幾秒鐘內迅速冷卻至77K，廣泛用于空對空導彈的制導裝置中，迄今一直在導彈的快速制導方面占據著重要地位。