本发明公开了一种多级逆流换热系统，包括N个用管路连接的换热单元，每个换热单元包括一蒸发器、一冷凝器、至少一压缩机以及至少一节流装置，所述蒸发器、冷凝器、压缩机以及节流装置通过管路相连形成制冷剂循环回路，所述蒸发器具有蒸发器进水口和蒸发器出水口，所述冷凝器具有冷凝器进水口和冷凝器出水口，第m‑1个换热单元的蒸发器出水口与第m个换热单元的蒸发器进水口通过管路连通，第m个换热单元的冷凝器出水口与第m‑1个换热单元的冷凝器进水口通过管路连通，其中m为大于等于2且小于等于N的任意整数，N为大于等于2的整数。本公开的多级逆流换热系统具有大温差和高热效率的优点。