串级制冷系统是由两种或多种工业冷水机组成，在许多系统中由热交换器（冷凝器蒸发器）组合而成的低温制冷系统。对于二元串级制冷系统，制冷机由两个独立的制冷系统组成，一个是高温系统，另一个是低温系统。低温系统用于冷却环境实验室，高温系统用于冷却低温系统以排出气体并使其在低温下冷凝。这也达到了降低压缩比和提高气体传输系数的目的。

工业制冷机用于系列低温制冷系统的优势

这种串级制冷系统的优点是采用适合高温系统的中压制冷剂和适合低温系统的高压制冷剂。由于高压制冷剂气体的比容量远小于中压制冷剂在低温下的比容量，因此用于级联制冷的同类压缩机的制冷容量是低温两级压缩制冷的几倍。串联制冷系统的制冷机可以节省大量的投资和建筑面积。此外，高压制冷剂在大于或接近大气压力的压力下在低温下工作，并且不像两级低温系统那样频繁地渗透系统。

一些工程师采用R13作为低温级，R22作为高温级，对二元串级制冷系统进行了比较。在冷却设备投资相同的情况下，两级压缩制冷系统的制冷机是级联制冷系统的三倍多。电机安装功率大，两级压缩制冷系统是串级制冷系统的两倍以上。由于压缩机数量多、摩擦功率大，两级制冷系统的能耗是串级制冷系统的1.5倍以上。

该系列制冷系统除用户要求温度变化及环境温度在-55℃以上外，还可采用工业冷却装置。目前，串级制冷系统作为低温实验装置的冷源越来越受到重视。