介绍了二氧化碳的热物理特性，理论分析了二氧化碳跨临界循环。在讨论基本理论循环的基础上，研究了带回热器的循环、带膨胀机的循环、既带回热器又带膨胀机的循环。同时，比较了各种循环的性能系数，发现在各种循环中都存在一个最佳的排气压力使得系统的性能系数达到最大值，并且带膨胀机的循环是性能系数最优的循环。

分析了带膨胀机的二氧化碳跨临界循环变工况特性，发现它与传统的蒸汽压缩式制冷循环不同的特点：循环存在一个最佳排气压力使COP最大，且最佳排气压力对冷却器出口温度的变化比较敏感；随蒸发温度的下降，单位质量制冷量先增大后减小；COP随着吸气温度的增加呈现振荡变化，且振荡变化的总体趋势是降低，带膨胀机吸气过热为无效过热的系统安装回热器有助于COP的提高。然而带膨胀机的二氧化碳跨临界循环与传统的蒸汽压缩式制冷循环也有类似之处，它也存在一个最大功率工况。