產生小冷量的製冷裝置。G.瓦爾克提出的標準是20K時冷量小於1/4瓦；80K時，冷量小於1瓦。60年代初，為在軍事應用中冷卻紅外探測器，微型致冷器首先在美國研製成功。已研製出多種各具特色的微型致冷系統，應用在地面、飛機和衛星的設備上，冷卻多種電子器件。
J－T(焦耳－湯姆遜)致冷器 利用純淨的高壓氣體在其轉化溫度以下通過小孔（節流閥）等焓膨脹時所產生的致冷冷效應。在實用的J-T致冷器中，高壓氣體在通過節流閥之前，在與該閥聯成一體的肋片管換熱器內從膨脹後的低壓回氣中吸收冷量而得到預冷。後來，把節流閥由固定式改為自動調節式，致冷器性能顯著提高。這種致冷器體積小、冷卻快，適於短時間使用。
機械式致冷機 使工作物質經歷一定的熱力學循環而產生致冷效應。微型斯特林致冷機依靠壓縮活塞和膨脹活塞的適當運動，使工作物質反復經歷如下過程：①在壓縮腔內進行壓縮；②排放壓縮熱；③在膨脹活塞內的回熱器中吸收已儲蓄的冷量；④在膨脹腔內膨脹致冷；⑤返回壓縮腔過程中把冷量傳給回熱器。這種致冷機效率較高，結構緊湊。微型VM致冷機是60年代中期問世的。它與微型斯特林致冷機相似，但對工作物質的壓縮是依靠熱腔內的活塞和膨脹活塞的適當運動，使工作物質向高溫區集中來實現的。VM致冷機的效率低些，但壽命較長，機械振動較小。這兩種致冷機又都有一體式和分置式（壓縮和膨脹兩部分由一長管連通）兩種類型。後者是70年代才研制成功的，具有冷頭振動小和使用方便等優點。與此相似的還有沙爾瓦致冷系統，它有分立的壓縮機和膨脹機，中間用高壓和低壓管路相連，用閥門控制膨脹機的致冷過程。它具有壽命較長的優點，但壓縮機較重，適於在地面上使用。
輻射致冷器 輻射致冷器是60年代末開始研制的，是一種適於在衛星上使用的小冷量被動式致冷裝置。它依靠向深低溫（約3K）的宇宙空間輻射熱量來致冷。其關鍵是盡量提高輻射體的輻射率和減少太陽、地球和衛星體等外部熱源的影響。輻射致冷器具有耗功少、壽命長和無振動等優點。
固體致冷器與低溫液體杜瓦瓶 分別以儲存的低溫固體和液體為冷源。前者適於在衛星上使用。用控制蒸汽壓力的方法調節使用溫度。延長使用壽命的關鍵技術問題是減少漏熱量。
溫差電致冷器 也稱半導體致冷器。它依據珀耳帖效應制成。用兩種不同的金屬絲（實際上使用半導體材料），兩端相聯形成電偶。當直流電通過電偶時，一個結點變熱，另一個結點變冷；抽熱速率取決於電流大小和材料性質。溫差電致冷器具有簡單、可靠、無振動、重量輕等優點，適於在熱負荷低、不需太低溫度、長期工作和供電容易的場合使用。