制冷最早用于保存食品和降低房间温度。随着科学技术和社会文明的进步，制冷的应用几乎渗透到各个生产技术、科学研究领域，并在改善人类的生活质量方面发挥巨大作用。
1)商业及人民生活
食品冷冻冷藏和舒适性空气调节是制冷产品应用最为量大面广的领域。
商业制冷主要用于对各类食品冷加工、冷藏储存和冷藏运愉，使之保质保鲜，满足各个季节市场销售的合理分配，并减少生产和分配过程中的食品损耗。现代化的食品工业，从生产、储运到销售，有一条完整的“冷链”所使用的制冷装置有：各种食品冷加工装置、大型冷库、冷藏汽车、冷藏船、冷藏列车、分配性冷库，供食品零售商店、食堂、餐厅使用的小型冷库、冷藏柜、各类冷饮设备、食品冷陈列柜，直至家庭用冰箱。
舒适性空气调节为人们创造适宜的生活和工作作环境，如家庭、办公室用的局部空调装置或房间空调器；大型建筑、公共场所、车站、机场、宾馆、商厦、影剧院、游乐厅、办公楼等使用的集中式空调系统；各种交通工具，如轿车、客车、飞机、火车、船舱等的空调设施；文物保藏环境的空气调节装置等等。
体育、游乐场所除采用制冷提供空气调节之外，还用制冷建造人工冰场。我国人工冰场原集中在东北、华北，现在南方城市也相继建造了新型人工冰场。20世纪90年代，为适应冬季滑雪运动，在我国北方兴建人造雪场，用制雪机造雪。
2)工业生产及农牧业
许多生产场所需要用制冷提供生产性空气调节系统。例如，高温生产车间、纺织厂、造纸厂、印刷厂、胶片厂、精密仪器车间、精密加工车间、精密计掀室、计算机房等的空调系统，为各生产环境提供必需的恒温恒湿条件，以保证产品质量或机床、仪表的精度，或精密设备的正常特性。
机械制造中，对钢进行低温处理(-70~-90℃)可以改变其金相组织，使奥氏体变成马氏体，提高钢的硬度和强度。在机器的装配过程中，利用低温进行零件的过量配合。化学工业中，借助于制冷，使气体液化、混合气分离，带走化学反应中的反应热。盐类结晶、润滑油脱脂需要制冷，在钢铁工业中，高炉鼓风需要用制冷的方法先将其除湿，再送入高炉，以降低焦铁比，保证铁水质量。
农、牧业中，制冷用于对农作物的种子进行低温处理；建造人工气候育秧室；保存优良种畜的精液，以便进行人工配种等。通过“低温储藏”，将粮库内的粮食温度保持在4-10 ℃，可使含水量较高的(15%-16%)粮食长期储存。
3)建筑工程
利用制冷实现冻土法开采土方。在挖掘矿井、隧道，建筑江、河堤坝时.或者在泥沼、沙土中掘进时，采用冻土法保持工作面，避免坍塌和保证施工安全。使用移动式冷水站.制取低温冷水，供混凝土搅拌，制造低温混凝土，这在制作大型混凝土构件时十分必要，可以有效地避免大型构件因散热不充分而产生内应力和裂缝等缺陷。在我国，应用这一技术并采用混凝土高温缓凝剂解决了浇筑面积达1500㎡的无纵缝大仓面混凝土快速施工。
现代建筑史上宏伟的英吉利海峡海底隧道工程，制冷在其中发挥重要作用。它从海底横穿英吉利海峡，连接英国和法国，全长52 km。列车以160 km/h的时速穿过隧道时，空气温度将上升到49-55℃，因而必须有一套独特的冷却系统。共安装8套冷水机组，分装在隧道两侧各4套供隧道内降温，每套机组制冷能力6000-7000 kW。
4)科学实验研究
各种环境模拟装置中，用制冷创造人工环境，为科学研究和生产服务。例如，国防工业领域中，高寒条件下工作的发动机、汽车、坦克、大炮等常规武器的性能需要在相应环境条件下作模拟试验；航空、航天仪表，火箭、导弹中的控制仪，也需要在地面做模拟高空环境下的性能试验。低温低压环境实验装置提供这类研究的需要。
气象科学中，用制冷系统给云雾室提供+30~-45℃的温度条件。云雾室用于人工气候的实验，研究雨滴、冰雹的增长过程、冷暖催化剂，各种催化方法及扰动对云雾的宏观、微观影响、模拟云的物理现象，等等。
5)医疗卫生
用局部冷冻配合手术有很好的治疗效果，如肿瘤、扁桃腺切除.心脏、皮肤、眼球移植，心脏大血管瓣膜冻存和移植，手术中采用低温麻醉。疫苗、药品需要低温保存。用真空冷冻干燥法制作血干、皮干。骨髓和外周血干细胞的深低温冷冻。诸多低温医疗器械、治疗仪、诊断仪(如
基因扩增仪)等都使用了制冷手段。可以说，现代医学已离不开制冷。
此外，在尖端科学领域，如微电子技术、能源、新型材料、宇宙开发、生物技术中，低温制冷技术也起着十分重要的作用。有人称低温制冷技术是“尖端科学的命脉”，此话实不为过。
