深度冷冻是指达到-150℃以下低温的冷冻技术。实质上就是气体液化的技术。通常采用机械方法。例如用节流膨胀或绝热膨胀等法可得低达-210℃的低温；用绝热退磁法可得1K（绝对温度）以下的低温。依靠深度冷冻技术，可研究物质在接近绝对零度时的性质，并可用于气体的液化和气体混合物的分离。
深度冷冻和 普通冷冻的工作原理是相同的，都是利用气体在膨胀过程中的自冷作用来取得低温，差别仅在于制冷温度不同。临界温度(见
p－V－T关系)低于150K的气体,须在深度冷冻下才能液化，在某些气体液化过程中,直接利用待液化气体的一部分作为深冷的
制冷剂,这时深冷技术也就是气体液化技术。
深度冷冻液化气体的过程,可用简单的林德循环(见图)说明:状态A的气体(p1、T1)经多级压缩，压力增到p2，温度经冷却后回复到T1；状态B(p2、T1)的气体,在换热器中预冷到T2,成为状态C(p2、T2)；再经节流阀膨胀到蒸发温度T3的湿蒸气区（状态D）;用
气液分离器分出饱和液体（状态E）,分离后的干饱和蒸气（状态F）送至换热器中作为冷却流体，去预冷状态B的高压气体，本身则被加热回复成状态 A的气体，和补充的气体一起再次进入压缩机，完成循环过程。在此流程中，气体被分为两部分：液化部分 （分率为x）沿路线A-B-C-D-E 进行，作为产品分离出来；未液化部分(分率为1-x)沿A-B-C-D-F-A路线循环,起着制冷剂的作用。采用能作外功的膨胀机代替节流阀，可以降低能耗，因此，工业深冷装置的流程中，多用膨胀机。
在化学工业中，从合成氨尾气中分离回收氢，从焦炉气中分离制取氢，石油裂解气的分离，液氧、液氮、液氢、液氦的制造，需要深冷技术；空间科学、磁流体发电和核聚变等方面的研究，需要极低温度的环境；在基本粒子和核物理的研究中，也需要接近绝对零度的低温，现已能达到2×10-7K。
近20年来,由于空间技术和国防工业的需要,深度冷冻技术发展很快。液氧和液氢可作
火箭推进剂中的氧化剂和燃烧剂，液氦的产量迅速增长。为了实现天然气的液化和大吨位
液化天然气的运输，研制了每小时能处理几十万立方米气体、工作温度低于130K的大型机组。