双级压缩循环制冷系统，是把两台压缩机(或一台压缩机的高、低压缸)串联运行，制冷剂在其中依次经过两次压缩后获得较高的压缩比。由于低压级排气温度较高，不能直接由高压级吸入再行压缩，因此必须设置中间冷却器，使低压级压缩机排出的过热汽体得以冷却，从而降低高压级压缩机的排温，避免润滑油焦化，并降低了动力消耗。另外，中间冷却器还可以起到分离润滑油和使高压制冷液体过冷的作用。
双级压缩制冷系统，可采用单级压缩机配组式，也可选用单机双级压缩机。从初次投资费用、机器的占地面积、单位功率制冷量以及机器的操作管理等来比较，采用单机双级压缩机比单级压缩机配组式更合理。但单级机配组式也有其优点：可以通过不同压缩机的搭配使用，而取得较理想的高低压输汽比，从而使其工况更为接近最佳工况。图1-3-2所示的是由两台单级压缩机配组的连接方案，它只承担一个蒸发温度的热负荷。蒸发器的回汽，先经低压级压缩机吸入，压缩到中间压力进入中冷器，经冷却降温后中压气体再被高压级压缩机吸入压缩至冷凝压力。
为了提高制冷系统运行的灵活性，可在高压级压缩机的吸入管上，并联一根吸入支管和低压级压缩机吸入管接通。在低压级压缩机排气管上，并联一根排气支管和高压级排气管接通，在需要时，只要开启这两只阀门，同时关闭低压级压缩机向中间冷却器的排气阀和高压级压缩机的中间压力吸入阀，即可变双级压缩循环为单级压缩循环。比如在冬季时低温库的运行，或冻结间刚进货后由于蒸发温度较高，可采用单级压缩循环，这样有利于节能。但对双级机电动机功率的选配，应考虑单级压缩运行的工况。
