Mecanisme d'intercanvi de calor: els vaporitzadors de nitrogen líquid normalment utilitzen un disseny de bany-aire o d'aigua-. Prenent com a exemple el tipus de bany d'aire-, el nitrogen líquid flueix des del dipòsit d'emmagatzematge cap a un tub d'intercanvi de calor equipat amb aletes o serpentins. La paret exterior de la canonada està en contacte directe amb l'aire circumdant, que actua com a font de calor, transferint calor al nitrogen líquid. A causa del punt d'ebullició extremadament baix del nitrogen líquid, la vaporització encara pot ser impulsada per la diferència de temperatura fins i tot a temperatures ambient baixes (p. ex., -20 graus). El tipus de bany d'aigua-escalfa les canonades amb aigua calenta circulant o vapor, adequat per a entorns de baixa-temperatura o aplicacions de gran-caudal.
Procés de canvi de fase: a mesura que el nitrogen líquid flueix a través de les canonades, absorbeix calor i la seva temperatura augmenta gradualment fins al seu punt d'ebullició, sotmès a posterior vaporització vigorosa. El volum del gas nitrogen produït per la vaporització s'expandeix ràpidament (1 litre de nitrogen líquid pot vaporitzar-se en aproximadament 696 litres de nitrogen gasós). La pressió s'ha de controlar mitjançant un dispositiu regulador de pressió a la sortida del vaporitzador per garantir una sortida estable del gas. Alguns vaporitzadors també estan equipats amb una secció de preescalfament per evitar que el nitrogen líquid entri directament a l'equip aigües avall i provoqui gel o danys.
Optimització estructural: els vaporitzadors moderns utilitzen un disseny integrat, com ara una estructura de tanc horitzontal o vertical, amb canonades connectades mitjançant brides per reduir el risc de fuites. Els tubs d'intercanvi de calor interns solen estar fets d'acer inoxidable o aliatge d'alumini, equilibrant la resistència a baixa-temperatura i la conductivitat tèrmica. L'estructura de muntatge integrada facilita el transport i la instal·lació, per la qual cosa és adequat per a sistemes de subministrament de gas distribuït a fàbriques, hotels, escoles i altres entorns similars.