CO₂ 具有良好的安全性能，从环境问题、安全问题和成本价格等方面比较，除在热泵热水器和汽车空调方面的应用，它应用在较大用量的食品冷冻冷藏领域中也是很理想的制冷剂。
当CO₂ 在冷冻冷藏领域内作为复叠式循环的低温级运行时，它是处在亚临界循环。这种系统的高温级制冷剂通常是丙烷、氨或R404A。
另外，在整个制冷系统中也可以只使用CO₂ ，制冷剂，构成单一CO₂ 系统。它与复叠式系统相比较的优点是没有蒸发/冷凝器，因而也就不存在蒸发/冷凝器的温差。其缺点是，高温级循环的冷凝压力会比使用常规制冷剂的系统高很多：例如在25℃时CO₂ 的冷凝压力为6.5MPa，而R404A的冷凝压力为1.25MPa。当环境温度高时，则单一CO₂ ，系统将在超临界的跨临界区域运行。一般而言，较高的冷凝/冷却温度将导致COP的损失。这种系统最适合于在寒冷的气候或温度较低的热汇时工作。这时装置将主要在亚临界区运行，从而提高循环的整体效率。
为了减少在高温级CO₂ ，循环的压缩损失，可以使用带中间冷却器的二级或三级压缩循环。通过附加的中间冷却器可实现降低最佳压力，并可以从中间冷却器移走一定的热量，这将有效地改善循环效率。图2-34表示了一个带中间冷却器和内部热交换器的CO₂ 多级系统。
