离心式压缩机在制冷系统中同样起着压缩气体的作用，这种压缩机常用于大型空调工程、石油化工等制冷系统中。离心式压缩机具有制冷量大，结构紧凑、重量轻、尺寸小，省去气阀、填料、活塞环等易损件，工作可靠，操作方便，运转率高，维护费用低等特点，同时还有运动平稳，振动小，噪音低，易调节，易于实现多级压缩和节流等优点。其缺点是制冷量不能太小，一般压力比不能大，因为压力过高时密封困难，同时要求高速旋转等。
离心式压缩机对制冷剂有特殊的要求，如制冷剂分子量要大，气体常数要小，冷凝压力与蒸发压力的比要小，在压缩过程中蒸气的过热不宜太大，比热要小，气化潜热要大，单位容积制冷量要大，
在制冷循环中的真空度不能过低等。
离心压缩机有单级式和多级式。单级离心式压缩机主要由外壳，转轴、叶轮、护压器等组成。其结构简单，但排气压力不高，因此在制冷系统的实际使用中，通常使用多级离心式压缩机。
离心式三级压缩结构如下，蒸发由第一级进入第二级，由第二级进入第三级，气流逐级压缩，以提高排气压力，达到一定的气压。
离心式制冷压缩机在制冷系统中如同活塞式制冷压缩机一样起着压缩气体的作用，由蒸发器来的气体经由压缩机的进气室进入叶轮的吸入口，由于叶轮以高速转动，就把叶片间的气体以高速度甩出去，气体在被甩出的过程中，叶轮对气体作了功，因此气体的速度增大，同时压力也增高。这从能量转化的角度看，也可以理解为叶轮给气体以一定的能量，此能量又转化为气体的压力能和速度能。
由叶轮出来的气体，其速度很高，因此在叶轮的后面设有扩压器，一般是一个环形的通路，气体流经扩压器时沿流动方向的截面积是逐渐增大的，因而气流的速度降低，压力进一步增高。即由速度能转化为压力能。扩压器出来的气体再由圆流器引入下一个叶轮进行再一次压缩。回流器也是一个环形通道，但前端有一弯曲部份（称为弯道），把气体由离心方向改为向心方向，弯道之后，一般都装有叶片，引导气体以一定的方向进入下一级叶轮。在弯遭和回流器中，气体的压力和速度的变化一般不大，在单级离心式压缩机和多级离心式压缩机的末一级，没有回流器，而是接上一个蜗壳，它的作用是把扩压器出来的气体引导到排气管来达成制冷循环的。