冷庫制冷系統通常采用蒸汽壓縮機制冷系統，按其制冷循環方式，可分為單級蒸汽壓制冷循環和雙極蒸汽壓縮式制冷循環系統。

制冷系統采用單級制冷或雙級制冷系統，是由冷凝壓力與蒸發壓力之比，及壓縮比來決定。對于氨制冷系統，當壓縮比不大于8時選用單級壓縮循環，大于8時采用雙級壓縮循環；對于氟利昂制冷系統而言，當壓縮比不大于10時采用單級，否則采用雙極。

按冷卻方式制冷系統分為直接冷卻系統和間接冷卻系統。采用制冷劑的蒸發直接冷卻被冷卻物體的系統是直接冷卻，凍結間、冷卻間、凍結物冷藏時間一般都采用這種方式。間接冷卻是指通過中間介質，將被冷卻物體的熱量傳送給制冷劑，鹽水制冰等就是間接冷卻系統。

按制冷機的配備方式，制冷系統又可分為組合式制冷系統和分散式制冷系統。組合式系統是指將除蒸發器之外的所有制冷設備全部集中并安裝在機房內，一套制冷系統連接多個冷庫庫房。而分散系統則是每個冷間單獨配備一套制冷系統，有幾個冷間就相應配備幾套獨立的制冷系統，大中型冷庫均采用組合式制冷系統，便于制冷系統管理和維護，在一套制冷系統中可以選擇采用多臺壓縮機，有利于進行壓縮機的能量調節，節省設備投資和運行費用，但制冷管理系統較為復雜且管路較長。分散式制冷系統總投資大于組合式制冷系統，能耗大。