冷库制冷系统通常采用蒸汽压缩机制冷系统，按其制冷循环方式，可分为单级蒸汽压制冷循环和双极蒸汽压缩式制冷循环系统。

制冷系统采用单级制冷或双级制冷系统，是由冷凝压力与蒸发压力之比，及压缩比来决定。对于氨制冷系统，当压缩比不大于8时选用单级压缩循环，大于8时采用双级压缩循环；对于氟利昂制冷系统而言，当压缩比不大于10时采用单级，否则采用双极。

按冷却方式制冷系统分为直接冷却系统和间接冷却系统。采用制冷剂的蒸发直接冷却被冷却物体的系统是直接冷却，冻结间、冷却间、冻结物冷藏时间一般都采用这种方式。间接冷却是指通过中间介质，将被冷却物体的热量传送给制冷剂，盐水制冰等就是间接冷却系统。

按制冷机的配备方式，制冷系统又可分为组合式制冷系统和分散式制冷系统。组合式系统是指将除蒸发器之外的所有制冷设备全部集中并安装在机房内，一套制冷系统连接多个冷库库房。而分散系统则是每个冷间单独配备一套制冷系统，有几个冷间就相应配备几套独立的制冷系统，大中型冷库均采用组合式制冷系统，便于制冷系统管理和维护，在一套制冷系统中可以选择采用多台压缩机，有利于进行压缩机的能量调节，节省设备投资和运行费用，但制冷管理系统较为复杂且管路较长。分散式制冷系统总投资大于组合式制冷系统，能耗大。