双级压缩就是把一级压缩转子和二级压缩转子组合在一个机壳内，并分别经过斜齿轮直接传动。自然空气经过空气过滤器进入***级压缩，在压缩腔与少量润滑油混合，同时将混合气体压缩到级间压力。压缩后的气体进入冷却通道，与大量油雾接触，从而大大降低了温度。
降温后的压缩气体进入第二级转子，开始二次压缩，被压缩到***终排气压力，***经过排气法兰排出压缩机。越来越多一级能效空压机都采用双级压缩，为何还会被质疑呢？依据工程热力学理论，空压机在紧缩过程中等温压缩***省功。
但是等温压缩，就要使气体热量随时与外界交流，气体温度与外界相等，在实践工作中是不可能完成的。而经过分级压缩加中间冷却是降低排气温度的有效办法。单级压缩机体具有冷却的不完善性，双级压缩的机体有完善的级间冷却设计和双级压缩过程中的冷却的完善性。
此外，两对转子同时做功，打气速度快，出气量大，这点是单级无可替代的优势。而且由于双级压缩，每级的压缩比拟单极压缩要小很多，转子和轴接受到的压力小，再加上转子直径大、转速低，所以运转更牢靠。
