一种基于超薄环路脉动热管的双级回路冷却系统，包括内循环回路和外循环回路，一级内循环回路的超薄环路脉动热管蒸发端采用烧结制成的具有吸液芯结构的铜制蒸发器，通过液体工质的蒸发吸热对发热元件进行散热，呈气液两相状态的工质通过毛细换热管进入冷凝端，冷凝端为具有多个毛细弯头结构的铜制冷凝器，循环冷凝器通过多个翅片形成与外循环回路连通的换热通道，通过内循环与外循环双级回路共同作用实现服务器级别的高效散热，本系统无需额外的动力系统，且双级回路在保证冷却水出水温度要求的同时能够充分利用室外冷源。本系统有效降低了能耗，为服务器级别设备提供高效换热，保证了其在合适的温度范围内正常工作。