Le sostanze impiegate nei cosiddetti cicli frigoriferi o in particolari macchine termodinamiche note con il nome di pompe di calore vengono chiamate fluidi frigorigeni o, meno correttamente, refrigeranti. Essi sono argomento di estrema attualità, perché chiamati in causa come i maggiori responsabili del cosiddetto buco nello strato d'ozono e, in parte, dell'effetto serra antropico, due emergenze ambientali che recentemente hanno obbligato i progettisti ad innovare profondamente il campo della tecnica del freddo per sostituire i fluidi frigorigeni più dannosi con altri a minore impatto ambientale.

I requisiti fondamentali per un fluido frigorigeno sono:
1) essere chimicamente stabile e inerte
2) essere compatibile con l'ambiente
3) non essere tossico
4) non essere infiammabile
5) avere proprietà termodinamiche appropriate
A queste proprietà si aggiungono delle caratteristiche complementari tra cui
- appropriato comportamento con gli oli lubrificanti
- basso punto di congelamento
- facilità di individuazione delle fughe
- disponibilità di un processo produttivo semplice
- basso costo

La scelta del refrigerante, cioè del fluido operativo per un ciclo frigorifero, è difficilmente ottimale tante e tali sono le esigenze presenti. Attualmente non esiste ancora un refrigerante ideale in grado di soddisfare tutte le necessità. Per questo motivo la scelta non è univoca, ma nasce ogni volta da richieste anche tra loro contrastanti. Si utilizzano così, a seconda del caso applicativo, fluidi anche piuttosto diversi tra loro per origine, costituzione e caratteristiche.

La prima sostanza candidata ad essere un fluido frigorigeno negli impianti detti a compressone di vapore (di cui fanno parte i frigoriferi domestici) è l'acqua, dato il suo basso costo e la grande disponibilità in natura unito al fatto che è né tossica né esplosiva. Tuttavia l'acqua non viene utilizzata per diversi e importanti motivi. Tralasciando gli aspetti tecnici del problema, si segnala l'inconveniente più evidente che ne impedisce l'utilizzo in tutti i campi della tecnica del freddo: la temperatura di fusione che è di soli 0 ºC. Questa sua caratteristica fisica impone un limite inferiore di temperatura raggiungibile al massimo di 1 ºC per evitare il congelamento del fluido frigorigeno acqua, temperatura insufficiente per moltissime applicazioni (basti pensare al freezer domestico). Così in passato si è fatto largo uso dell'ammoniaca, NH₃ e, sia pure in misura limitata, del cloruro di metile, CH₃Cl. Infatti l'ammoniaca è stata per lungo tempo il fluido più utilizzato nelle macchine frigorifere date le sue ottime prestazioni termodinamiche e il suo costo limitato. Si tratta però di un fluido tossico ed infiammabile e i relativi impianti devono così avere elevati requisiti di sicurezzaattualmente in caso di fughe dal circuito idraulico della macchina. Per questo motivo lo si trova ancora impiegato soprattutto in grandi impianti specie nell'industria, ma non certo nelle macchine d'uso domestico. Un discorso a parte dev'essere riservato per l'anidride carbonica CO₂. Essa non è pericolosa e costa pochissimo, ma ha però l'inconveniente di richiedere cicli a elevati livelli di pressione. Ne segue che l'anidride carbonica è stata in passato abbandonata a favore dei nuovi refrigeranti, anche se attualmente, a seguito dei problemi legati ai fluidi frigorigeni di sintesi, è oggetto di studi che la vedono utilizzata nuovamente come fluido frigorigeno.