冷凝止痛探针由管内再套一管而组成，内管以气体（如600—800psi的氧化亚氮）（1psi=6.895kpa）加压。当气体从内管针尖狭窄的圈中逸出时，气体以10—15psi的较低压力突然扩张至较大的外管，气体膨胀时随之冷却，这就是所谓的Joule-Thompson反应，从而在针尖形成一个冰球。气体不从外套管尖端部的细孔径中逸出（否则气体将进入患者组织），而是通过闭合系统设计回流至更大的外套管。