復疊式冷凍機是由兩個或兩個以上獨立的制冷循環組成，分別被稱為高溫循環和低溫循環。在各單獨的制冷系統中充有不同性質的制冷劑，高溫循環通常采用中溫制冷劑，低溫循環中通常采用低溫制冷劑。每一循環均可采用單級或雙級壓縮制冷循環。這兩個部分通過一個冷凝蒸發器聯系起來，它即是低溫循環的冷凝器，也是高溫循環的蒸發器，即高溫循環中制冷劑的蒸發用來冷凝低溫循環中的制冷劑。這樣，低度溫循環吸收的熱量（制冷量）傳給高溫循環的制冷劑，高溫循環的制冷劑再將熱量傳給環境介質。