Instalatiile frigorifice în cascada se folosesc pentru aplicații unde sunt necesare temperaturi foarte scăzute (temperaturi de vaporizare și de -80° C. Particularitatea acestui tip de instalatii frigorifice este că nu se folosește un singur agent frigorific, ci doi: unul in circuitul de temperatură înaltă și altul în circuitul de temperatură joasă. Acest lucru se datorează faptului că agenții frigorifici au proprietăți termodinamice care favorizează anumite nivele de temperatură. De exemplu, unii sunt propice pentru instalatii frigorifice de congelare (temperaturi foarte scăzute), în timp ce alții sunt adecvați instalatiilor frigorifice pentru temperaturi mai mari.

Un exemplu de utilizare a agenților frigorifici la potențialul lor maxim este: într-o instalație frigorifică în cascadă se va utiliza dioxid de carbon în circuitul de joasă temperatură și freon R134a în circuitul de temperatură înaltă. Astfel, cei doi agenți sunt folosiți acolo unde au eficiența maximă.