从热力学观点分析，热量不能自发地由低温物体传至高温物体。所以，制冷与冷却不同，冷却过程中热量自发地从高温传给低温，如一杯白开水放在空气中自然冷却，开水的热量就自发地传给了其周围的空气。而制冷是将低温环境的热量传给高温环境，这一过程不能自发进行，因此要实现制冷，就必须有消耗较高位势能量的补偿过程，即消耗外界能量作为补偿。
按温度区域可以把制冷分为四个研究领域：
120K（-153℃）~常温 普通制冷
20K（-253℃）~120K（153℃） 深度制冷
0.3K（-272.85℃）~20K（-253℃） 低温制冷
＜0.3K（-272.85℃） 超低温制冷
普通制冷应用广泛，遍布人类生活和生产活动的各个方面。普通制冷是本门课程的研究对象。
深度制冷主要应用于空气的分离和液化、低温生物的保存和研究，是温低技术的原理与装置课程的研究对象。
低温制冷与主要应用于科学研究和空间技术。超低温制冷则主要应用于低温物理、基本粒子等物理学研究。