एक वायु-से-वायु ऊष्मा विनिमायक दो अलग-अलग वायु धाराओं के बीच ऊष्मा का स्थानांतरण करता है, उन्हें मिलाए बिना। यह आमतौर पर एल्यूमीनियम जैसे तापीय चालक पदार्थ से बनी पतली प्लेटों या नलियों की एक श्रृंखला होती है, जिन्हें सतह क्षेत्र को अधिकतम करने के लिए व्यवस्थित किया जाता है। एक वायु धारा (जैसे, किसी इमारत से निकलने वाली गर्म हवा) एक तरफ बहती है, और दूसरी (जैसे, ठंडी आने वाली ताज़ी हवा) दूसरी तरफ बहती है।
गर्म वायुधारा से ऊष्मा, चालक पदार्थ से होकर ठंडी वायुधारा में प्रवाहित होती है और उसे गर्म करती है। इस प्रक्रिया से ऊर्जा की पुनः प्राप्ति होती है जो अन्यथा नष्ट हो जाती, जिससे तापन या शीतलन प्रणालियों की दक्षता में सुधार होता है। कुछ डिज़ाइन, जैसे क्रॉस-फ्लो या काउंटर-फ्लो एक्सचेंजर्स, हवा को विशिष्ट पैटर्न में निर्देशित करके ऊष्मा स्थानांतरण को अनुकूलित करते हैं। प्रभावशीलता वायु प्रवाह दर, तापमान अंतर और एक्सचेंजर डिज़ाइन जैसे कारकों पर निर्भर करती है, जो आमतौर पर 50-80% ऊष्मा की पुनः प्राप्ति करते हैं।
कुछ मॉडलों (जैसे, एन्थैल्पी एक्सचेंजर्स) में नमी का स्थानांतरण हो सकता है, जो ऊष्मा के साथ-साथ जल वाष्प को स्थानांतरित करने के लिए विशेष झिल्लियों का उपयोग करते हैं, जो आर्द्रता नियंत्रण के लिए उपयोगी है। इस प्रणाली में हवा को स्थानांतरित करने के लिए पंखों की आवश्यकता होती है, और रखरखाव में रुकावटों या संदूषण को रोकने के लिए सफाई शामिल है।