單級制冷壓縮機所能達到的最低蒸發溫度是有限制的，要想獲得更低的溫度，就需要采用多級壓縮。采用多級壓縮可以從根本上改善制冷循環的性能指標，多級壓縮制冷循環的基本特點是分級壓縮并進行中間冷卻。

采用多級壓縮后，每一級的壓力比減小，這樣就會提高壓縮機的輸氣系數和指示效率，同時由于排氣溫度降低，潤滑情況有了很大改善，保障了壓縮機的運行安全，從理論上講，級數越多，節省的功也越多，制冷系數也就越大。如果是無窮級數，則整個壓縮過程越接近等溫壓縮。

然而，實際上并不采用過多的級數，因為每增加一級都需要增添設備，提高成本，也提高了技術復雜性。另外，由于壓縮機不能保持很低的蒸發壓力，在應用中溫制冷劑時，三級壓縮循環的蒸發溫度范圍與雙級壓縮循環相差不大，所以制冷循環中采用三級壓縮循環很少，一般采用雙級壓縮循環。經過大量的實驗可知:只有當氨制冷系統壓縮比≥8時;氟利昂制冷系統壓縮比≥10時，采用雙級壓縮較單級壓縮更為經濟合理。