制冷剂/二氧化碳二次制冷系统采用二氧化碳作为载冷剂可以应用在低温或者中温的场合，也就是冷链物流冷库使用的范围。其特点是:二氧化碳在燕发器中作为相变载冷剂(满液式系统)，二氧化碳通过泵作用在复叠式换热器和贮液器间循环，使得贮液器内的二氧化碳温度得到很好的控制。二氧化碳气体向上流入复叠式换热器，在那里被制冷剂冷却凝结后成为液体二氧化碳流回二氧化碳贮液器。
与传统的制冷剂/盐水系统比较，该系统具有明显的低能耗及高COP的特点。这是因为二氧化碳在冷风机和板式换热器中的传热效率更高，导致换热器内较低的换热温差。这直接减少了氨压缩机的能量消耗。数据显示氨/二氧化碳二次制冷系统的COP与纯氨系统的COP接近。因为需要循环的二氧化碳较少，与此同时二氧化碳的密度也较低，循环泵所需的能量较少。另外，二氧化碳的循环倍率也相对较低(通常在1.1~2)，因此可以采用功率更小的泵。
把二氧化碳作为载冷剂系统存在的问题是:在低温工况下温度的变化仍然造成压差大，这里以库温-20℃±2℃的冷库为例，如果采用二氧化碳制冷剂供液，它的蒸发温度在-3~-26℃，也就是说蒸发压力在13.3~15.3bar(表压)，这样如果部分冷间已经接近完成降温，而有些冷间正在进货，冷间之间的温差达到4℃，这种情况在冷库是经常发生的。正在进货的冷间需要大量供液，但由于2bar压差的问题，作为载冷剂这种情况回气管由于没有压缩机的吸气，液体无法进人需要的蒸发器中，经常需要手动进行调整阀门的开启度。如果冷库的冷间比较多，压力相差又比较大，特别是用于具有配送功能的多温区冷库，可能面临的操作问题比较多。
如果这种系统的蒸发器不需要融霜，那么这种系统的运行与常用的中央空调的冷水系统运行几乎没有太大的差别，除了运行压力比较高，还有部分二氧化碳在蒸发器中发生相变的情况。目前我国部分采用蒸发排管作为蒸发器的冷库采用这种系统，如果采用冷风机作为蒸发器，那么融霜问题还是不能绕过的难题。
