超低温冷水机是由两个或两个以上独立的制冷循环组成，分别被称为高温循环和低温循环。在各单独的制冷系统中充有差别性质的制冷剂，高温循环通常采用中温制冷剂，低温循环中通常采用低温制冷剂。每一循环均可采用单级或双级压缩制冷循环。

　　这两个部分通过一个冷凝蒸发器联系起来，它就是低温循环的冷凝器，也是高温循环的蒸发器，即高温循环中制冷剂的蒸发用来冷凝低温循环中的制冷剂。这样，低度温循环吸收的热量（制冷量）传给高温循环的制冷剂，高温循环的制冷剂再将热量传给环境介质。

　　超低温冷水机压缩式制冷循环虽然比单级压缩式制冷循环到达的蒸发温度更低，但受制冷剂本身物性及压缩机工作的特性的限制，当蒸发温度更低时，采用多级压缩式制冷循环往往满足不了要求。