对于采用氨或氟利昂作为制冷剂的蒸气压缩式制冷装置，尽管采用双级或多级压缩，可以制取较低的温度，但是，随着科研和生产对低温制冷的要求越来越高，如需要﹣70~-120℃的低温箱、低温冷库等，由于受到制冷剂本身物理性质的限制，能够达到的最低蒸发温度有一定的限度，如R22在﹣80℃时，蒸发压力已低于0.01MPa，而氨在﹣77.7℃时已经凝固，不能制取更低的温度。双级压缩制冷的局限性主要体现在以下几方面：
1）双级压缩制冷的制冷温度受制 冷剂凝固点的限制不能太低，蒸发温度必须高于制冷剂的凝固点，否则制冷剂无法进行制冷循环。
2）双级压缩制冷受蒸发压力过低的限制。制冷剂蒸发温度过低，其相应的蒸发压力也非常低，从而导致压缩机和系统低压部分在高真空下运行，增加空气渗入的可能性，进而破坏制冷循环的正常进行。
3）蒸发压力很低则气态制冷剂的比容很大，这将导致压缩机吸气比容增大，输气系数减小，要制取同样大小的冷量势必需要采用更大尺寸的压缩机。
4）对于活塞式压缩机，因其阀门自动启闭特性，当吸气压力低于0.01~0.05MPa时，难于克服吸气阀弹簧力，影响压缩机的正常工作。
由于上述原因，所以为了获得低于﹣70℃的温度，就应采用中温制冷剂与低温制冷剂复叠的制冷循环（如氟利昂R23、R1150等），采用低温制冷剂的制冷装置，虽然能够制取很低的温度，但低温制冷剂的冷凝温度要求较低，用一般的水冷却和空气冷却无法凝结成液体，必须用一种人工冷源来冷凝低温制冷剂。它不能单独工作，需要有另一台制冷装置与之联合运行，为低温制冷剂循环的冷凝过程提供冷源，降低冷凝温度和压力，这就出现了同时采用两种制冷剂的制冷系统即为复叠式制冷循环。