1992年，挪威科学家Lorentzen首次提出了CO2跨临界循环理论，经过20年的发展，在汽车空调、冷冻冷藏、住宅热水及供热领域，CO2跨临界循环的应用正受到越来越广泛的重视。CO,2作为制冷剂曾有过重要贡献，1850年，美国人提出了在蒸汽压缩系统中使用CO2作为制冷剂;1869年左右，第一个CO2系统制造成功;1886年以后，CO2系统被广泛使用，直到卤代烃类制冷剂的出现，CO2逐渐被卤代烃类制冷机取代。1974年，两名美国科学家发表了他们著名的臭氧消耗假设，他们声称，含氯卤代烃会破坏臭氧层，广泛使用的这些卤代烃可能会导致人类的环境问题，随着卤代烃类制冷剂的替代，越来越多的人重新关注使用天然物质，如CO2 NH3等天然制冷剂，利用CO2作为制冷剂，可在许多应用中提供一个安全的、经济的和成本低且有效的“自然”解决方案。CO2作为低温制冷循环工质有很多优势，如设备和管路尺寸较小、换热效率高和没有腐蚀等，即使处在低温下，CO2度也非常小，用于低温制冷循环系统有着很好的发展前景。
由于CO2的临界温度(31. 1℃)低于通常空调和热泵系统中的排气温度，目前空调、热泵热水器等设备若采用CO2作为制冷剂，基本上都采用跨临界制冷循环方式。循环的放热过程发生在临界压力以上，而吸热过程在临界压力以下。因此跨临界循环最显著的特点是:冷凝过程在气体冷却器的冷却中，取代常规亚临界循环的冷凝器，避免由于热源温度过高导致系统性能下降。在跨临界区域的散热压力是独立的，且研究表明存在一个最佳的散热(冷却)压力，即有一个最大的COP。对于跨临界CO2系统进行适当的优化和控制，就能得到最佳高压压力的相关参数。
CO2跨临界循环仍属于蒸汽压缩式制冷循环，热力计算与常规亚临界循环完全相同，图3-15表示基本单级CO2跨临界循环原理及压焓图。
