Instalaţiile frigorifice în cascadă se folosesc pentru aplicaţii unde sunt necesare temperaturi foarte scăzute (temperaturi de vaporizare şi de -80° C). Particularitatea acestui tip de instalaţii frigorifice este că nu se foloseşte un singur agent frigorific, ci doi: unul în circuitul de temperatură înaltă şi altul în circuitul de temperatură joasă. Acest lucru se datorează faptului că agenţii frigorifici au proprietăţi termodinamice care favorizează anumite nivele de temperatură. De exemplu, unii sunt propice pentru instalaţii frigorifice de congelare (temperaturi foarte scăzute), în timp ce alţii sunt adecvaţi instalaţiilor frigorifice pentru temperaturi mai mari.

Un exemplu de utilizare a agenţilor frigorifici la potenţialul lor maxim este: într-o instalaţie frigorifică în cascadă se va utiliza dioxid de carbon în circuitul de joasă temperatură şi freon R134a în circuitul de temperatură înaltă. Astfel, cei doi agenţi sunt folosiţi acolo unde au eficienţa maximă.