所謂二級空壓機是相對于單級螺桿空壓機而言的。 目前市場上的螺桿空壓機多為單級，故簡稱螺桿空壓機。 兩級螺桿空壓機的含義是第一級的壓縮空氣不直接供給氣源設備，而是在第一級進行壓縮，提高壓縮空氣壓力。 例如，理論上一臺22千瓦的單級螺桿空壓機可以換成11臺雙頭兩級壓縮螺桿空壓機。

 兩級壓縮螺桿空壓機采用兩級串聯工藝，使原來的單級壓縮過程分為兩個壓縮過程。 這樣的工藝設置可以降低各單級壓縮過程的壓縮比，降低各級壓縮比，即減少內漏量，從而提高容積效率，可以有效增加排氣量。 此外，壓縮比降低，即降低了螺桿在嚙合和壓縮過程中各階段的阻力。 壓縮過程中工作阻力的降低，意味著軸承各級的載荷減小，即可以減少各級的壓縮。 所需的驅動力也大大延長了軸承的使用壽命。 二級壓縮的節能性能有兩個關鍵點，其中之一是中間冷卻，可以減少由于壓縮空氣產生的熱量引起的膨脹趨勢而造成的能量浪費。 中間冷卻過程越接近等溫過程，節能效果越明顯。 但是，如果中冷系統過于復雜和龐大，就會增加空壓機的成本。