双级压缩制冷循环，是指来自蒸发器的制冷剂蒸气要经过低压与高压压缩机两次压缩后，才进入冷凝器，它的实质是压缩过程分两阶段进行:蒸发压力→中间压力→冷凝压力。在两次压缩过程中间往往设置中间冷却器，对低压级压缩机的排气进行冷却，从而降低高压级压缩机的吸气温度。
双级压缩制冷循环系统可以是由两台单级压缩机组成的双机双级系统(其中一台为低压级压缩机，另一台为高压级压缩机);也可以是由一台双级压缩机组成的单机双级系统，其中一个或两个气缸作为高压缸，其余几个气缸作为低压缸，其高、低压气缸输气量比一般为1：3或:1：2。
中间冷却方式根据进入高压压缩机的状态可以分为中间完全冷却和中间不完全冷却。中间完全冷却是指将低压级的排气冷却到中间压力下的饱和蒸气;中间不完全冷却是指未将排气冷却到中间压力下的饱和蒸气，即进入高压压缩机的为中间压力下的过热蒸气。采用哪一种中间冷却方式与制冷剂的种类有关，对于采用回热循环制冷系数提高的工质应用中间不完全冷却循环(高压级吸入的是过热蒸气)比较有利。如R502, R290;对于采用回热循环制冷系数下降的工质采用中间完全冷却循环(高限级吸入的是饱和蒸气)，如N H3, R134a;R22在双级压缩循环中可以采用中间完全冷却循环，也可以采用中间不完全冷却循环，小型的两级压缩机组，为使系统和设备简化起见，通常多采用中间不完全冷却循环。
根据制冷剂液体从冷凝器到蒸发器之间经历的节流个数可以分为一级节流和二级节流。一级节流是指供液的制冷剂液体直接由冷凝压力节流至蒸发压力;二级节流是指冷凝器流出的制冷剂液体先经过节流阀一级节流降压至中间压力，然后再由中间压力通过另外一个节流阀二级节流降压至蒸发压力。采用两级节流循环，增加单位质量制冷量，耗功相同，制冷系数提高。实际工程应用中采用两级节流时，中间冷却器应靠近蒸发器。因为从中间冷却器中出来的液体是饱和液体，流动中有阻力损失，会产生闪发气体，减小进入膨胀阀的液体员，会存在供液不足的现象。因此，一级节流应用较多。
氨双级压缩制冷系统一般采用一级节流中间完全冷却的双级压缩，而氟利昂制冷系统常采用一级节流中间不完全冷却的双级压缩。
