兩級壓縮(或雙級壓縮)制冷循環是在單級制冷循環的基礎上發展起來的，它的壓縮過程分兩個階段進行:從蒸發器出來的濟南低壓制冷劑蒸汽先進入低壓級壓縮機(或低壓缸)，在其中壓縮到中間壓力時，再經過中間冷卻后進入高壓級壓縮機(或高壓缸)，將其壓縮到冷凝壓力，排入冷凝器中。這樣，可使各級壓力比適中，由于經過中間冷卻，又可使壓縮機的耗功減少，可靠性和經濟性均有所提高。

兩級壓縮制冷循環按中間冷卻方式可分為中間完全冷卻循環與中間不完全冷卻循環;按節流方式又可分為一級節流循環和兩級節流循環。所謂中間完全冷卻是指將低壓級的排氣冷卻到中間壓力下的飽和蒸汽，若低壓級排氣雖經冷卻，但并未冷卻到飽和蒸汽狀態時，則稱為中間不完全冷卻。若將高壓液體先從冷凝壓力節流到中間壓力，然后再由節流降壓至蒸發壓力，則稱為兩級管流循環。若制冷劑液體由冷凝壓力直接節流到蒸發壓力。則稱為一級節流循環。

兩級壓縮制冷循環的中間冷卻方式與制冷劑的種類有關，如在氮兩級壓縮機中，一般都采用中間完全冷卻循環;而在氟利昂兩級壓縮機中，大多采用中間不完全冷卻循環。這是因為氟利昂制冷劑的絕熱指數比氨小，對排氣溫度影響不大。