制冷系统的冷凝温度（或冷凝压力）决定于冷却剂（或环境）的温度，而蒸发温度（或蒸发压力）取决于制冷要求。由于生产的发展，对制冷温度的要求越来越低，因此，在很多制冷实际应用中，压缩机要在高压端压力（冷凝压力）对低压端压力（蒸发压力)的比值（即压缩比）很高的条件下进行工作。由理想气体的状态方程 Pv/T≡C可知，此时若采用单级压缩制冷循环，则压缩终了过热蒸气的温度必然会很高(V一定，P↑→T↑），于是就会产生以下许多问题。

1.压缩机的输气系数λ大大降低，且当压缩比≥20时，λ=0 。

2.压缩机的单位制冷量和单位容积制冷量都大为降低。

3. 压缩机的功耗增加，制冷系数下降。

4. 必须采用高着火点的润滑油，因为润滑油的粘度随温度升高而降低。

5. 被高温过热蒸气带出的润滑油增多，增加了分油器的负荷，且降低了冷凝器的传热性能。

综上所述，当压缩比过高时，采用单级压缩循环，不仅是不经济的，而且甚至是不可能的。为了解决上述问题，满足生产要求，实际中常采用带有中间冷却器的双级压缩制冷循环。但是，双级压缩制冷循环所需的设备投资较单级压缩大的多，且操作也较复杂。因此，采用双级压缩制冷循环并非在任何情况下都是有利的，一般当压缩比≥8时，采用双级压缩较为经济合理。

以上分析可以看成是单级压缩的局限性，另一原因就是采用多级压缩的必要性和其特性决定。