制冷最早用于保存食品和降低房間溫度。隨著科學技術和社會文明的進步，制冷的應用幾乎滲透到各個生產技術、科學研究領域，并在改善人類的生活質量方面發揮巨大作用。
1)商業及人民生活
食品冷凍冷藏和舒適性空氣調節是制冷產品應用最為量大面廣的領域。
商業制冷主要用于對各類食品冷加工、冷藏儲存和冷藏運愉，使之保質保鮮，滿足各個季節市場銷售的合理分配，并減少生產和分配過程中的食品損耗。現代化的食品工業，從生產、儲運到銷售，有一條完整的“冷鏈”所使用的制冷裝置有：各種食品冷加工裝置、大型冷庫、冷藏汽車、冷藏船、冷藏列車、分配性冷庫，供食品零售商店、食堂、餐廳使用的小型冷庫、冷藏柜、各類冷飲設備、食品冷陳列柜，直至家庭用冰箱。
舒適性空氣調節為人們創造適宜的生活和工作作環境，如家庭、辦公室用的局部空調裝置或房間空調器；大型建筑、公共場所、車站、機場、賓館、商廈、影劇院、游樂廳、辦公樓等使用的集中式空調系統；各種交通工具，如轎車、客車、飛機、火車、船艙等的空調設施；文物保藏環境的空氣調節裝置等等。
體育、游樂場所除采用制冷提供空氣調節之外，還用制冷建造人工冰場。我國人工冰場原集中在東北、華北，現在南方城市也相繼建造了新型人工冰場。20世紀90年代，為適應冬季滑雪運動，在我國北方興建人造雪場，用制雪機造雪。
2)工業生產及農牧業
許多生產場所需要用制冷提供生產性空氣調節系統。例如，高溫生產車間、紡織廠、造紙廠、印刷廠、膠片廠、精密儀器車間、精密加工車間、精密計掀室、計算機房等的空調系統，為各生產環境提供必需的恒溫恒濕條件，以保證產品質量或機床、儀表的精度，或精密設備的正常特性。
機械制造中，對鋼進行低溫處理(-70~-90℃)可以改變其金相組織，使奧氏體變成馬氏體，提高鋼的硬度和強度。在機器的裝配過程中，利用低溫進行零件的過量配合。化學工業中，借助于制冷，使氣體液化、混合氣分離，帶走化學反應中的反應熱。鹽類結晶、潤滑油脫脂需要制冷，在鋼鐵工業中，高爐鼓風需要用制冷的方法先將其除濕，再送入高爐，以降低焦鐵比，保證鐵水質量。
農、牧業中，制冷用于對農作物的種子進行低溫處理；建造人工氣候育秧室；保存優良種畜的精液，以便進行人工配種等。通過“低溫儲藏”，將糧庫內的糧食溫度保持在4-10 ℃，可使含水量較高的(15%-16%)糧食長期儲存。
3)建筑工程
利用制冷實現凍土法開采土方。在挖掘礦井、隧道，建筑江、河堤壩時.或者在泥沼、沙土中掘進時，采用凍土法保持工作面，避免坍塌和保證施工安全。使用移動式冷水站.制取低溫冷水，供混凝土攪拌，制造低溫混凝土，這在制作大型混凝土構件時十分必要，可以有效地避免大型構件因散熱不充分而產生內應力和裂縫等缺陷。在我國，應用這一技術并采用混凝土高溫緩凝劑解決了澆筑面積達1500㎡的無縱縫大倉面混凝土快速施工。
現代建筑史上宏偉的英吉利海峽海底隧道工程，制冷在其中發揮重要作用。它從海底橫穿英吉利海峽，連接英國和法國，全長52 km。列車以160 km/h的時速穿過隧道時，空氣溫度將上升到49-55℃，因而必須有一套獨特的冷卻系統。共安裝8套冷水機組，分裝在隧道兩側各4套供隧道內降溫，每套機組制冷能力6000-7000 kW。
4)科學實驗研究
各種環境模擬裝置中，用制冷創造人工環境，為科學研究和生產服務。例如，國防工業領域中，高寒條件下工作的發動機、汽車、坦克、大炮等常規武器的性能需要在相應環境條件下作模擬試驗；航空、航天儀表，火箭、導彈中的控制儀，也需要在地面做模擬高空環境下的性能試驗。低溫低壓環境實驗裝置提供這類研究的需要。
氣象科學中，用制冷系統給云霧室提供+30~-45℃的溫度條件。云霧室用于人工氣候的實驗，研究雨滴、冰雹的增長過程、冷暖催化劑，各種催化方法及擾動對云霧的宏觀、微觀影響、模擬云的物理現象，等等。
5)醫療衛生
用局部冷凍配合手術有很好的治療效果，如腫瘤、扁桃腺切除.心臟、皮膚、眼球移植，心臟大血管瓣膜凍存和移植，手術中采用低溫麻醉。疫苗、藥品需要低溫保存。用真空冷凍干燥法制作血干、皮干。骨髓和外周血干細胞的深低溫冷凍。諸多低溫醫療器械、治療儀、診斷儀(如
基因擴增儀)等都使用了制冷手段。可以說，現代醫學已離不開制冷。
此外，在尖端科學領域，如微電子技術、能源、新型材料、宇宙開發、生物技術中，低溫制冷技術也起著十分重要的作用。有人稱低溫制冷技術是“尖端科學的命脈”，此話實不為過。
