兩級壓縮制冷機用兩臺壓縮機串聯起來，制冷劑在系統中要進行兩級壓縮。一臺壓縮機稱為低壓級，另一臺稱高壓級，每臺壓縮機的壓縮比都在10以內。系統的總壓力比是兩臺壓縮機壓力比的乘積。

兩級壓縮機主要是由低壓級壓縮機排出的過熱蒸氣進入高壓級壓縮機的吸氣腔，再由高壓級的壓縮機排出進入冷凝器中冷凝為高壓過冷液體，經過干燥過濾器、電磁閥后分為兩路:一路通過膨脹閥進入中間冷凝器蒸發后，回入低壓級與高壓縮之間的中壓管道中;另一路穿過中間冷凝蒸發器預冷后，經膨脹閥進人低溫蒸發器，再回到低壓級壓縮機吸氣腔。