注水冰袋的原理主要涉及兩個方面：
物理原理。注水冰袋在使用前需要注水，注水後，水與袋內的物質（通常稱為冰晶）反應，形成一種強效的蓄冷產品。當水在0℃以下的溫度下結冰時，體積會急劇膨脹，從而吸熱降溫。水從固態向液態轉化時需要吸收大量的熱量，即熔化潛熱；從液態向固態轉化時同樣需要釋放大量的熱量，即凝固潛熱。這兩種相變過程使得水成為了一種非常有效的製冷介質。
化學原理。某些注水冰袋內含有特殊物質，如聚丙烯酸鈉等，這些物質在特定條件下能與水反應，產生低溫效果。這些冰袋通常由兩層組成，內層密封，外層可破裂，使內容物與水接觸後產生冷卻效果。
注水冰袋可多次重複冷凍使用，保質期在兩年左右。它們適用於多種場合，如家用保鮮、冷藏運輸、物理降溫退熱等。