多级压缩式制冷循环虽然比单级压缩式制冷循环达到的蒸发温度更低，但受制冷剂自身物性及压缩机工作的特性的限制，当蒸发温度更低时，采用多级压缩式制冷循环往往满足不了要求，此时，需要采用复叠式制冷机组制冷循环。
复叠式制冷机组通常由两个单独的制冷系统组成，分别称为高温级及低温级部分。高温部分使用中温制冷剂，低温部分使用低温制冷剂。
制冷剂的蒸发是用来使低温部分系统中制冷剂冷凝，用一个冷凝蒸发器将两部分联系起来，它既是高温部分的蒸发器，又是低温部分的冷凝器。低温部分的制冷剂在蒸发器内向被冷却对象吸取热量（即制取冷量），并将此热量传给高温部分制冷剂，然后再由高温部分制冷剂将热量传给冷却介质（水或空气）。