空気対空気熱交換器は、2つの別々の空気流を混合することなく、熱を伝達します。通常、アルミニウムなどの熱伝導性材料で作られた薄い板またはチューブを、表面積が最大になるように配置して構成されています。一方の空気流（例：建物からの暖かい排気）は片側を流れ、もう一方の空気流（例：冷たい新鮮な空気）は反対側を流れます。
暖かい空気流の熱は伝導性材料を通過して冷たい空気流へと伝わり、空気流を温めます。このプロセスにより、本来失われるはずだったエネルギーが回収され、暖房または冷房システムの効率が向上します。クロスフロー式やカウンターフロー式の熱交換器などの設計では、空気を特定のパターンに導くことで熱伝達を最適化します。効率は空気流量、温度差、熱交換器の設計などの要因によって異なりますが、通常は50～80%の熱を回収します。
一部のモデル（例：エンタルピー交換器）では、特殊な膜を用いて水蒸気と熱を移動させ、湿度制御に役立てることで、水分移動が発生する場合があります。このシステムでは、空気を移動させるためのファンが必要であり、メンテナンスには詰まりや汚染を防ぐための清掃が必要です。