Il sistema di refrigerazione criogenico a cascata è un sistema di refrigerazione a bassa temperatura che utilizza più di due refrigeranti e li combina con scambiatori di calore (condensatori evaporatori) in più di due sistemi. Il refrigeratore binario a cascata è costituito da due sistemi di refrigerazione separati. Uno è il sistema ad alta temperatura, l'altro è il sistema a bassa temperatura. Il sistema criogenico viene utilizzato per raffreddare il laboratorio ambientale, mentre il sistema ad alta temperatura viene utilizzato per raffreddare il gas di scarico del sistema criogenico e condensarlo a una temperatura inferiore. In questo modo si raggiunge anche lo scopo di ridurre il rapporto di compressione e migliorare il coefficiente di trasmissione del gas.

I vantaggi del refrigeratore industriale in cascata sistema di refrigerazione criogenico sono l'utilizzo di refrigeranti a media pressione adatti a sistemi ad alta temperatura e di refrigeranti ad alta pressione adatti a sistemi a bassa temperatura. La capacità specifica del gas refrigerante ad alta pressione a bassa temperatura è molto inferiore a quella del refrigerante a media pressione. Pertanto, la capacità frigorifera dello stesso tipo di compressore per la refrigerazione in cascata è diverse volte superiore a quella della refrigerazione a compressione a due stadi a bassa temperatura. L'utilizzo di un refrigeratore d'acqua con sistema di refrigerazione a cascata consente di risparmiare investimenti e aree di costruzione. Inoltre, il refrigerante ad alta pressione opera a bassa temperatura con una pressione di inalazione superiore o prossima a un'atmosfera e non si infiltra spesso nell'impianto come in un sistema criogenico a due stadi.

Il sistema di refrigerazione a cascata può essere utilizzato per i refrigeratori d'acqua industriali, a meno che il fabbisogno dell'utente non sia molto variabile e la temperatura ambiente sia superiore a - 55 C. Attualmente, sono sempre più numerose le fonti di freddo che utilizzano il sistema di refrigerazione a cascata come apparecchiatura sperimentale criogenica.