L’huile du compresseur ne reste pas uniquement dans le compresseur ; une partie est entraînée dans le système avec la vapeur refoulée. Si l’huile s’accumule dans l’évaporateur, elle dégrade l’échange thermique et réduit la puissance, et si elle ne revient pas au compresseur, celui-ci manque d’huile et grippe ses paliers. Le séparateur d’huile sépare l’huile de la vapeur sur la ligne de refoulement et la renvoie au carter du compresseur par un mécanisme à flotteur.
Il n’est pas nécessaire sur toutes les installations. Dans les petites chambres froides à moyenne température, à ligne courte et à un seul évaporateur, l’huile revient d’elle-même ; si les diamètres de tube et les vitesses sont bien choisis, le séparateur est inutile. En revanche, sur les lignes longues ou montantes, aux basses températures d’évaporation (−25 °C et en dessous ; l’huile s’épaissit au froid), dans les centrales à plusieurs compresseurs et avec les compresseurs à vis, le séparateur d’huile est obligatoire.
Dans les centrales, le séparateur d’huile s’accompagne d’un réservoir d’huile et d’un régulateur de niveau d’huile sur chaque compresseur ; la gestion de l’huile est le point le plus critique de ces installations. Le séparateur se choisit d’après la puissance du compresseur, le fluide et le diamètre de la ligne de refoulement ; sa résistance chauffante empêche, à l’arrêt, le fluide qu’il contient de se mélanger à l’huile.