单级制冷压缩机所能达到的最低蒸发温度是有限制的，要想获得更低的温度，就需要采用多级压缩。采用多级压缩可以从根本上改善制冷循环的性能指标，多级压缩制冷循环的基本特点是分级压缩并进行中间冷却。
采用多级压缩后，每一级的压力比减小，这样就会提高压缩机的输气系数和指示效率，同时由于排气温度降低，润滑情况有了很大改善，保障了压缩机的运行安全，从理论上讲，级数越多，节省的功也越多，制冷系数也就越大。如果是无穷级数，则整个压缩过程越接近等温压缩。
然而，实际上并不采用过多的级数，因为每增加一级都需要增添设备，提高成本，也提高了技术复杂性。另外，由于压缩机不能保持很低的蒸发压力，在应用中温制冷剂时，三级压缩循环的蒸发温度范围与双级压缩循环相差不大，所以制冷循环中采用三级压缩循环很少，一般采用双级压缩循环。经过大量的实验可知:只有当氨制冷系统压缩比≥8时;氟利昂制冷系统压缩比≥10时，采用双级压缩较单级压缩更为经济合理。
