多级压缩制冷循环系统可以是由多台压缩机组成的多机（低压级压缩机和高压级压缩机）多级系统，也可以是由一台压缩机组成的单机多级系统，其中一个或多个汽缸作为高压缸，其余几个汽缸作为低压缸。

制冷系统的冷凝温度（或冷凝压力）取决于冷却剂（或环境）的温度，而蒸发温度（或蒸发压力）取决于制冷要求。由于生产的发展，对制冷温度的要求越来越低，因此，在很多制冷实际应用中，压缩机要在高压端压力（冷凝压力）对低压端压力（蒸发压力）的比值（即压缩比）很高的条件下进行工作。由理想气体的状态方程可知，此时若采用单级压缩制冷循环，则压缩终了过热蒸汽的温度必然会很高，于是就会产生许多问题。因此，当压缩比过高时，采用单级压缩循环，不仅是不经济的，甚至是不可能的。为了解决上述问题，满足生产要求，实际中常采用带有中间冷却器的双级压缩制冷循环。但是，双级压缩制冷循环所需的设备投资较单级压缩大的多，且操作也较复杂。因此，采用双级压缩制冷循环并非在任何情况下都是有利的，一般当压缩比大于等于8时，采用双级压缩较为经济合理。以上分析可以看出单级压缩的局限性、采用多级压缩的必要性。