一次性冰袋的原理主要有兩種類型：
化學製冷型：這種一次性冰袋內含填充物大部分是硫酸銨等銨鹽，利用其溶於水吸熱製冷。當硫酸銨溶於水時，會吸收熱量，從而降低周圍環境的溫度，達到速冷效果。
物理製冷型：這種一次性冰袋一般由兩層聚乙烯薄膜組成，內部填充凝膠或水晶等吸水材料，並將其密封在袋子內。當使用者將冰塊放入袋子內時，袋子內部的溫度會逐漸降低，吸水材料變成了冰塊所需的水，此時，水分子開始蒸發，形成一定的氣壓。而袋子的另一端則處於正常大氣壓下，於是形成了一個壓力差。這個壓力差會使得袋子內部的兩層聚乙烯薄膜相互貼合，同時粘性物質也會固化，從而自動完成了封口的過程。
這兩種類型的冰袋都可以用於冷敷、緊急傷口處理等意外情況，幫助控制及減輕因輕微扭傷、撞傷、拉傷、燒傷等引起的瘀腫、疼痛，並迅速消除因發燒、頭痛、牙痛、蚊蟲咬傷等引起的疼痛及不適。