Kondenzační odvlhčovač pracuje na principu kondenzace par rozdílem teplot, které se dosahuje pomocí dvou za sebou řazených výměníků. První vzduch zchladí a druhý opět zahřeje, čímž se maximalizuje srážlivost vody ze vzduchu. Kondenzovaná voda následně skapává do nádržky, popřípadě je rovnou odváděna samospádem do kanalizace.
Naplnění sběrné nádrže hlídá vestavěný plovák. Protože se přístroj ihned vypne, není potřeba hladinu přímo kontrolovat, ani nehrozí únik odvlhčené vody. Při odvodu kondenzátu hadičkou přímo do odpadu je třeba zachovat spád, protože obecně nejsou jednotky vybaveny čerpadlem kondenzátu, nicméně toto lze u některých typů dokoupit.
Kondenzační odvhčovač pracuje de facto na stejném principu jako klimatizace, respektive lednice, kde také dochází k vytváření rozdílu teplot pomocí kompresoru a následné kondenzaci vzdušných par.
U kondenzačních odvlhčovačů klesá s teplotou jejich účinnost; při teplotách pod cca 10°C (dle typu) je již velmi malá, okolo 3 °C odvlhčovače vlivem práce s chladivem a vodou zamrzají a přestávají pracovat. Pro tyto situace nabízíme takzvané adsorpční odlhčovače, které pracují na principu zachytávání vodních par pomocí hygroskopických materiálů a jejich následnému vytlačování (již ve formě kapalné) do nádrže. Hlavní výhodou adsorpčního odvlhčovače je stálý výkon již od 0°C, nevýhodou oproti kondenzačnímu přístroji je při vyšších teplotách o něco větší spotřeba energie v poměru k výkonu.