两级压缩制冷循环中，制冷剂的压缩过程分两个阶段进行，即将来自蒸发器的低压制冷剂蒸气(压力为p0 )***入低压压缩机，在其中压缩到中间压力pm ，经过中间冷却后再进入高压压缩机，将其压缩到冷凝压力pk ，排入冷凝器中。但是定温压缩，就降温后的压缩气体进入第二级转子，进行二次压缩，被压缩到终排气压力。这样，可使各级压力比适中，由于经过中间冷却，又可使压缩机的耗功减少，可靠性、经济性均有所提高。
当蒸发温度较低时，采用双级压缩制冷循环可达到以下目的：降低压力比，避免和减少高压力比带来的损失；如降低压缩机的排气温度，提高实际输气量，制冷机运行的平衡性提高等。
不难看出，同单级压缩螺杆机相比，出口压力同样为8bar的机器，双级压缩螺杆机的压缩比不到单级压缩螺杆机的50%。
如同其它流体一样，压缩空气一样遵循从高压端向低压端的自然回流，我们叫“回流***量”。双级压缩也是有缺点的，双级压缩因为使用了两对转子，所以体积上会比传统的单级要庞大，另外，两对转子，使双级的制造成本增加，相应首期***也增加，导致很多小型企业不愿意接受。不难理解，压缩比越高，回流***量越大。与同功率，同等排气压力的单级压缩螺杆机相比，双级压缩螺杆机的压缩比低，这就确保大大降低了回流***量，排气流量大大提高，意味着效率提升，即比功率的降低。这就是双级压缩螺杆机的节能原理核心所在。在同等装机功率，同等排气压力的情况下，相比于单级压缩螺杆机，双级压缩螺杆机的保守节能比例在7%~13%左右，即低节能保证在7%以上。
