本实用新型涉及热泵空调技术领域，提供一种跨临界二氧化碳热泵系统，包括依次连接的压缩机、节流装置和蒸发器，还包括气体冷却装置，气体冷却装置包括串联的第一气体冷却器和第二气体冷却器，第一气体冷却器的循环工质通道与压缩机连接，第二气体冷却器的循环工质通道与节流装置连接。本实用新型提供的跨临界二氧化碳热泵系统，通过分段设置的气体冷却装置，实现对水的分段加热，得到不同温度的热水，不但可以满足不同的用热需求，而且可以对循环工质产生更好的冷却效果，从而整体上实现跨临界二氧化碳热泵系统更为高效的运行。