為了使空氣液化，可采用不同的深度冷凍循環裝置，主要以林德循環和克勞德循環為基礎。前者是通過節流膨脹制冷；后者除仍有節流膨脹外，還有一部分氣體在膨脹機中作等熵膨脹。氣體進行等熵膨脹時，溫度的降低要比節流膨脹大，而且能回收一部分壓縮功，所以比節流膨脹經濟。其他各種改進的深度冷凍循環，有雙壓節流循環、帶氨預冷節流循環、逐級重疊循環等。
       在深度冷凍法的各種循環中，典型的流程是先使空氣在過濾器中濾去塵埃等雜質進入壓縮機，再經分子篩凈化器除去空氣中在低溫下易凝固氣體，如水蒸氣和二氧化碳等，已凈化的空氣在第一換熱器中由產品氮氣和氧氣降溫。出第一換熱器后，空氣分成兩路：一路經第二換熱器繼續冷卻后，再經節流閥降壓；另一路經膨脹機降壓。兩路膨脹后的空氣溫度均降至103K左右，進入雙級精餾塔的下塔底部。