冰袋裡面通常裝有水、高吸水性合成樹脂、羧甲基纖維素以及硫酸鈉、硝酸鈉和硝酸銨等物質。
冰袋通過這些成分的相互作用，能夠在冷凍狀態下釋放冷氣，起到降溫和保鮮的效果。其中，高吸水性樹脂和羧甲基纖維素幫助保持冰袋的形態，而硫酸鈉、硝酸鈉和硝酸銨等物質則因為溶於水時會吸收大量熱量，降低凝固點，延長低溫蓄冷時間。此外，有些冰袋還包含製冷劑，用於加速冷卻過程。
冰袋可以分為物理製冷型和化學製冷型，物理製冷型主要是通過冰袋內的物質（如水或凝膠劑）的物理狀態變化來釋放冷氣，可以反覆使用。化學製冷型則包含化學反應產生冷卻效果的物質，如十水硫酸鈉等，這種冰袋的冷卻效果更持久，但通常不可重複使用。