Die Verdampfungskühlung ist ein Transferprozess von Wärme und Masse, das auf der Umwandlung der fühlbaren Wärme in latente Wärme basiert. Die ungesättigte Luft verringert die Temperatur durch die Abgabe der fühlbaren Wärme, die in die zum Verdampfen von Wasser genutzte latente Wärme umgewandelt wird. Wird dieser Prozess unter adiabatischen Bedingungen durchgeführt, verringert sich die „Trockenkugeltemperatur der Luft“ während dieses Übergangs bei gleichzeitiger Zunahme der Luftfeuchtigkeit. Der Austausch dauert bis zum Erreichen des Sättigungszustands durch die Luft, wobei sich die Wasser- und Lufttemperaturen angleichen und die sogenannte „adiabatische Sättigungstemperatur“ erreichen. Der eigentliche Prozess wird „adiabatische Sättigung“ genannt.

Um die Temperatur zu bestimmten muss das Vorhandensein eines langen adiabatischen Tunnels angenommen werden, in welche unter bestimmten Bedingungen feuchte Luft eingeleitet wird. Dabei wird Wasser innerhalb des Tunnels versprüht und umgewälzt. Dadurch wird die Luft gesättigt. In der Praxis wird das Wasser in den Tanks, Pumpen und Rohren zusätzlich fühlbar von außen belastet. Außerdem ist die Temperatur vom in die Verdampfungs- und Reinigungselemente strömenden Wassers nicht gleich der adiabatischen Sättigungstemperatur der eingeleiteten Luft. Das Konzept der „adiabatischen Sättigung“ beim Verdampfungskühlungsprozess stellt daher lediglich das theoretische Grenzniveau der potenziellen Luftabkühlung unter Idealbedingungen dar. Liegt die Temperatur deutlich über der adiabatischen Sättigungstemperatur der Luft, verläuft der Prozess ähnlich dem innerhalb eines Kühlturms stattfindenden Vorgang, wobei Wasser und Luft gleichzeitig gekühlt werden. Im Falle von direkten Verdampfungskühlungsanlagen wie das „System von Zellulose-Kartuschen“ kann das Wasser mittels eine Pumpe oder mittels der Energiegewinne aus nicht isolierten Rohren erhitzt werden. Beim Kontakt mit der Luft geben beide Medien die fühlbare Wärme ab und werden beim Übergang dieser Wärme in die latente Wärme gekühlt. Dabei verdampft das Wasser und nimmt die Umgebungswärme auf, wodurch die Flüssigkeit in Wasserdampf übergeht und die Luft befeuchtet. In den meisten direkten Lufteinblassystemen wird das Wasser in den Kartuschen umgewälzt, was zur Verringerung der Betriebskosten führt. Bei diesen Systemen muss die Bildung von Aerosolen immer verhindert werden. Typischerweise wird auch eine Desinfektion – z. B. durch Ozonierung – betrieben. Die Kühlung durch adiabatische Sättigung unterliegt einigen Beschränkungen. Die aufgenommene fühlbare Wärmemenge kann nicht größer als die zur Sättigung der Luft erforderliche latente Wärmemenge sein. Die Senkung der Luftfeuchtigkeit verstärkt den Kühlungseffekt und umgekehrt. Infolge dessen ist dieser Prozess bei einer sehr hohen Luftfeuchtigkeit nicht effizient, und bei einer niedrigen Luftfeuchtigkeit kann der EER-Faktor über 40 liegen.