Arbetsmediet förblir i gasfas under hela processförloppet. Som arbetsmedium används företrädesvis helium, i öppna expansionskylsystem även luft. Olika cirkelprocesser finns, vilka ofta principiellt utgör omvändningen av cykler för arbetsalstring, exempelvis Joule–Brayton-, Stirling- och Eriksson-cyklerna. För små kylbehov, t.ex. för kylning av sensorer i IR-kameror, kan en speciellt konstruerad expansionsmaskin användas,