O Chiller com resfriamento direto é conectado ao evaporador do lado do cliente por tubulação, utilizando a mudança de fase do refrigerante para absorver calor e resfriar o evaporador. Comparado ao resfriamento a líquido, ele apresenta a vantagem de maior densidade de fluxo de calor e é adequado para aplicações que permitem obter um maior volume de troca de calor em um volume pequeno.