利用制冷技術將油氣的熱量置換出來，實現油氣組分從氣相到液相的直接轉換。冷凝法是利用烴類物質在不同溫度下的蒸汽壓差異，通過降溫使油氣中一些烴類蒸汽壓達到過飽和狀態，過飽和蒸汽冷凝成液態，回收油氣的方法。一般采用多級連續冷卻方法降低油氣的溫度，使之凝聚為液體回收，根據揮發氣的成分、要求的回收率及最后排放到大氣中的尾氣中有機化合物濃度限值，來確定冷凝裝置的最低溫度。一般按預冷、機械制冷等步驟來實現。
預冷器是一單級冷卻裝置，為減少回收裝置的運行能耗，現已開發出一種使用冷量回用的技術，使進入回收裝置的氣體溫度從環境溫度下降至4℃左右，使氣體中大部分水汽凝結為水而除去。氣體離開預冷器后進入淺冷級。可將氣體溫度冷卻至－30℃～－50℃，根據需要設定，可回收油氣中近一半的烴類物質。離開淺冷的油氣進入深冷級，可冷卻至－73℃到－110℃，根據不同的要求設定溫度和進行壓縮機的配置。
優點：工藝原理簡單，經濟效益最可觀；可直觀的看到液態的回收油品；安全性高；自動化水平高 。
缺點：前期投資大。制冷能耗高，需要至少兩個冷凝器切換工作，要提前開機制冷。
一般加油站的油氣排放裝置都采用“冷凝+吸附”比較成熟的方法。先將油氣冷凝到-40度左右，使大部分油氣液化，剩余油氣經過吸附罐進行吸附，由于吸附可以達到很高的回收率，排放濃度低，*達到國家標準。
