超低溫復疊式冷水機組制冷循環環通常由兩個或多個采用不同制冷劑的單級(也可以是多級)制冷系統組成，分為高溫系統和低溫系統。
超低溫復疊式冷水機的每一個循環都是完整的單級壓縮制冷系統。通常在高溫系統里使用沸點較高的制冷劑(中溫中壓制冷劑)，在低溫系統里使用沸點較低的制冷劑。復疊式冷水機的兩部分用一個特殊設備——蒸發-冷凝器聯系起來，高溫部分制冷劑的蒸發用來使低溫部分制冷劑冷凝，冷水機兩部分之間靠蒸發冷凝器來實現傳熱。高溫部分的制冷劑再通過自己系統的冷凝器釋放給環境介質-水或空氣，而低溫部分則通過自己系統的蒸發器來吸收被冷卻對象的熱量。
復疊式冷水機因其獨特的系統組成，同時又被稱之為復疊式冷凍機，乙二醇冷凍機，酒精冷凍機，復疊壓縮冷凍機，復疊壓縮式冷凍機。可廣泛應用于橡膠、塑膠、石油、化工、電子、造紙、紡織、釀造、制藥、食品、機械、飲料、真空鍍膜、電鍍、油墨印刷、中央空調等諸多領域。同時可根據使用要求設計，超低溫型、防腐型、防爆型特種工業復疊式超低溫冷水機，滿足各種行業對工藝冷源的要求。
同時，復疊式冷水機循環也有多種形式，如兩個單級壓縮循環復疊、雙級壓縮循環的復疊、三個單級壓縮循環的復疊等。具體采用哪一種則需要根據使用單位的實際情況來選用。復疊式冷水機制冷循環因其具有制冷機結構緊湊、可靠性高、操作簡便等特點，所以在高科技領域內有著廣泛的應用。