任何單級制冷器都有一定的降溫范圍。為獲得高度玲卻，采用多級復疊式制冷器。但多級復疊式制冷器的制冷量很小，為克服這一缺點，采用組合制冷。

　　組合制冷是將單級蒸汽壓縮機與熱電制冷器復疊在一起，蒸汽壓縮式制冷機作為第一個制冷級，進一步的冷卻由熱電制冷器實現。此時，熱電制冷器的熱端散熱量，被蒸汽壓縮式制冷機中蒸發器產生的冷量抵銷。

　　為了保證熱電制冷器熱端與冷庫蒸發器底部有良好的接觸，在蒸發器底部充填易熔合金。電絕緣層為云母片。蘇聯的科技工作者，曾以冰箱與二級復疊式制冷器組合，構成了三級的組合制冷設備。其第一級為普通冰箱制冷機，第二級為熱電堆，第三級也是熱電堆。在最大溫差工況下，即第三級熱電堆的制冷量為零時，第一級的蒸發溫度為-24.5℃，第二級熱電難的冷端溫度為-41℃，第三級熱電堆的冷端溫度為-63℃。當第三級熱電堆的冷端有負荷時，熱電堆的冷端溫度上升。