根據工程熱力學理論，空壓機在壓縮過程中定溫壓縮最省功。（溫度高的時候氣體的密度越低，壓縮需要用的功就多）。不僅如此，定溫壓縮不但可以減少消耗的功，還能降低壓縮后氣體的溫度，使空壓機材料的使用更為寬廣和經濟，使空壓機的運行更為可靠。但是定溫壓縮，就要使氣體熱量隨時與外界交換，氣體溫度與外界相等，在實際工作中是不可能實現的。而通過分級壓縮加中間冷卻是降低排氣溫度的有效方法。
另外，兩對轉子同時做功，打氣速度快，出氣量大，這點是單級無可替代的優勢。而且由于雙級壓縮，每級的壓縮比較單極壓縮要小很多，轉子和軸承受到的壓力小，再加上轉子直徑大、轉速低，所以運行更可靠。
同等功率的電機做工產生的出氣量來說，雙級普遍比單級高13%-15%，相當于90KW的一臺雙級壓縮空壓機同等能耗下能產出一臺110K單級壓縮空壓機的氣量。