當需要獲得更低的溫度時，制冷循環需要工作在更寬的溫度范圍。如采用單級蒸汽壓縮制冷循環，循環的壓力比會比較高，較高的壓力比也造成壓縮機的排氣溫度過高，影響系統的經濟性和可靠性。解決這一問題的途徑之一是采用多級蒸汽壓縮制冷循環。級數較多時會造成系統過于復雜，一般情況下多采用兩級壓縮。

所謂多級壓縮是指將壓縮過程分為多次(多級)進行，經過第一級壓縮后，將排氣進行冷卻，稱為中間冷卻。然后再進行第二級壓縮，以此類推。多級壓縮循環一般采用一次節流方式，即由冷凝器出來的制冷劑液體直接由冷凝壓力Pk節流至蒸發壓力P0。

需要說明的是，多級壓縮必須有中間冷卻，不進行中間冷卻時，多級壓縮與單級壓縮沒有區別，徒增加了系統的復雜性和成本。

兩級蒸汽壓縮制冷循環分為兩級壓縮中間完全冷卻循環和兩級壓縮中間不完全冷卻循環以及帶閃發蒸汽分離器等。