复叠式压缩制冷系统通常由两个单级压缩制冷循环组成，之间用蒸发冷凝器联系起来。
高温部分采用中温制冷剂，蒸发器为低温部分冷凝器中的制冷剂冷凝服务;低温部分采用低温制冷剂，蒸发器为用户制冷。两台制冷机联合运行，高温级制冷机的蒸发器为低温级制冷机的冷凝器提供冷源;为确保低温级的所需冷凝温度，高温级制冷机的蒸发温度低于低温级冷凝温度3-5℃;复叠式制冷循环既保留了中、低温制冷剂各自的优点，又克服了它们不足，使制取很低的温度成为可能。
系统中除装有常规的设备外，在R13制冷剂的低温系统中，还装有单向阀、毛细管和膨胀容器等设备。装设这些设备的目的是为了运行和停机时的安全。因为R13属于高压制冷剂。它的临界温度极低(28. 8℃ ) ，当停机后，若环境温度超过28.8℃时，制冷系统内的R13制冷剂全部气化为过热蒸气，床力也达到临界度(3.88MPa)。这时产生低温部分的压力将会超出制冷系统允许的最高工作压力这一非常危险的情况，为解决这一问题，大型系统采用高温系统定时开机，以维持低温系统较低压力，但这种方法耗功大;或者将低温制冷剂抽出装入高压钢瓶中。
对于小型复叠式制冷装置，通常在低温部分的系统中连接一个膨胀容器，当停机后低温部分的制冷剂蒸气可进入膨胀容器，如系统中不设膨胀容器，则应考虑加大蒸发冷凝器的容积，使其起到膨胀容器的作用，以免系统压力过高。在压缩机启动后，膨胀容器中的制冷剂通过毛细管降压，并由压缩机吸入，仍进入制冷循环。如果高温级在压缩机启动后，未能提供足够的冷觉来冷凝R13制冷剂，则排气压力将升高，当超过规定限值时，单向阀会打开，高压蒸气进入膨胀容器，以避免产生事故。
