多级除湿传统的溶液除湿空调系统除湿器中溶液的流量很大，浓溶液和稀溶液的浓度差为2%左右。尽管在除湿过程中采取一些冷却措施来减弱由于溶液温升导致其吸湿能力下降的趋势，但是传质过程中水蒸气分压差造成的不可逆损失仍然很大，如图6-7（a）所示。上述过程导致的直接后果是再生温度高，再生器的效率低。解决上述问题的方法是采用分级除湿，即在除湿的过程中盐溶液的浓度随着湿空气湿度的变化而变化，同时每一级都采取相应的玲却措施。这样，如图6-7（b）所示，传热温差、传质的浓度差会大大减小，从而减小了除湿过程的不可逆损失，充分利用了溶液的吸湿能力，即在吸收同样多水分的情况下，分级的方法可使得溶液的浓度差达到10%左右。这样送回再生器的溶液的浓度降低了，更容易根据质量平衡关系采用分级除湿，除湿器中溶液的流量会因为浓度差的增大而变小，而小流量会减小气液接触面积。因此，为了强化换热，要保证除湿器每一级内的溶液流量很大，而为了充分利用溶液的吸湿能力，提高溶液进出口浓度差，级与级之间的流量要很小。这样既能保证换热有充分的接触面积，又使得溶液进出口可以实现高的浓度差。
多级除湿的流程图如图68所示，处理风的流向和浓溶液的流向相反，较浓的溶液处理湿度比较小的空气，较稀的溶液处理湿度比较大的空气，目的是保持一定溶液和气体的蒸气压差。每个级上都设有板式换热器，冷水通过冷却除湿剂，诚少除湿过程中蒸气凝结热对溶液蒸气压的不良影响。
多级除湿的空气和溶液一般采用叉流布置，也有采用逆流布置。采用叉流布置使得结构更加紧凑，同时处理空气的流向单一，降低了压力损失。
