两级复叠机组最为常用，适用于整个低温制冷范围。它是由两个独立的单级制冷循环叠加而成，高温级的蒸发器成为低温级的冷凝器，两级复叠机组的高温级采用R22, R404A或R717等制冷剂，低温级采用R23、R508B, R14, R744等制冷剂。
图9-53是采用R404A和R23制冷剂的两级复处机组流程图。它由两个单级压缩循环系统组成，高温级制冷循环采用R404A，低温级用R23,最低蒸发温度-85℃。图9-53中高温级制冷剂的蒸发和低温级制冷剂的冷凝通过蒸发冷凝器连接，蒸发冷凝器的设计传热温差为5℃。为了防止停机后低温级制冷系统因环境温度升高而使得R23汽化并且压力过高，造成机组设计压力过高而导致不必要的材料浪费。
图9-53中在低温级压缩机吸气管路中连接了一个膨胀容器。机组高温级制冷系统和工业制冷机组相同。图9-53所示低温级制冷系统在压缩机排气口和冷凝器之间采用二级油分离器，使得油分离器出口的含油量低于1x10¯⁶，低温级的蒸发器可根据不同的冷却介质而采用肋片式空气冷却器、盘管式换热器、套管式换热器或低温用板式换热器。图9-53所示载冷剂是酒精，故选用低温用板式换热器作为蒸发器。
