根據熱力學第一定律dQ=dU PDV，對於理想氣體dU=cvdT，在絕熱的情況下dQ=0，所以0=cvdT pdV，可得`-dT=\frac{p}{c_v}dV`，只要系統對外界做功，系統必定降溫。
絕熱膨脹時，溫度由T1降到T2，壓力由p1降到p2，系統對外做的功$W=U_1-U_2=c_v(T_1-T_2)=c_vT_1$
$[1-(\frac{p_2}{p_1})^{\frac{K-1}{K}}]$，其中$K=\frac{c_p}{c_v}$，可見系統對外做的功與膨脹前氣體的溫度T1成正比，這說明T1越高，對外做功越多，即內能減少也越多，氣體溫度下降也越顯著，是在高溫區製冷的有效手段，優於等焓膨脹製冷。在實際的膨脹機上由於摩擦等不可逆因素，所以膨脹後並不降到T2而是降到T3，但比等焓膨脹降到T4的溫度仍低得多，由此可定出膨脹機的效率η=ΔH實/ΔH理=$\frac{H_1-H_3}{H_1-H_2}$，一般的可在0.6～0.9之間。
等熵膨脹