复叠制冷系统是采用两种以上制冷剂，在两个以上的系统内用换热器（冷凝蒸发器）将其组合在一起的低温制冷系统。对于二元复叠制冷系统冷水机，由两个单独的制冷系统组成，一个是高温系统，一个是低温系统。低温系统是用来冷却环境实验室，而高温系统是用来冷却低温系统排出气体使之在较低温度下凝结。这样同样达到减小压缩比提高输气系数的目的。

　　这种复叠低温制冷系统工业冷水机的优点是采用适合于高温系统的中压制冷剂与适合低温系统的高压制冷剂。由于低温时高压制冷剂气体的比容较中压制冷剂的比容小得多，因此，在低温时同一型号的压缩机作复叠制冷较双级压缩制冷的制冷量大数倍，选用复叠制冷系统冷水机可节约大量投资及建筑面积。而且高压制冷剂在低温时吸入压力大于或接近于一个大气压下工作，不会像双级低温系统那样经常往系统渗入空气。
　　曾经有工程师就用R13做低温级，R22做高温级的二元复叠制冷系统作一比较，相同冷量设备投资，双级压缩制冷系统冷水机是复叠制冷系统冷水机的三倍多。电动机安装功率，双级压缩制冷系统是复叠制冷系统的二倍多。由于双级制冷系统的压缩机数量多，摩擦功率增加，因此双级压缩机的能量消耗为复叠制冷系统的1.5倍以上。
　　除去用户要求温度变化多，环境温度高于-55℃以上外都可以采用复叠制冷系统工业冷水机组。目前采用复叠制冷系统做低温实验设备的冷源也越来越多。