超低溫冷水機是由兩個或兩個以上獨立的制冷循環(huán)組成，分別被稱為高溫循環(huán)和低溫循環(huán)。在各單獨的制冷系統(tǒng)中充有差別性質的制冷劑，高溫循環(huán)通常采用中溫制冷劑，低溫循環(huán)中通常采用低溫制冷劑。每一循環(huán)均可采用單級或雙級壓縮制冷循環(huán)。

　　這兩個部分通過一個冷凝蒸發(fā)器聯(lián)系起來，它就是低溫循環(huán)的冷凝器，也是高溫循環(huán)的蒸發(fā)器，即高溫循環(huán)中制冷劑的蒸發(fā)用來冷凝低溫循環(huán)中的制冷劑。這樣，低度溫循環(huán)吸收的熱量（制冷量）傳給高溫循環(huán)的制冷劑，高溫循環(huán)的制冷劑再將熱量傳給環(huán)境介質。

　　超低溫冷水機壓縮式制冷循環(huán)雖然比單級壓縮式制冷循環(huán)到達的蒸發(fā)溫度更低，但受制冷劑本身物性及壓縮機工作的特性的限制，當蒸發(fā)溫度更低時，采用多級壓縮式制冷循環(huán)往往滿足不了要求。