O chiller de resfriamento direto é conectado ao evaporador do lado do cliente por meio de tubulação, utilizando a mudança de fase do refrigerante para absorver calor e resfriar o evaporador. Comparado ao resfriamento líquido, ele apresenta a vantagem de uma maior densidade de fluxo de calor e é adequado para aplicações onde um maior volume de troca de calor pode ser alcançado em um volume reduzido.