當要求氣體的工作壓力較高時，采用單級壓縮不僅不經濟，有時甚至是不可能實現的，必須采用多級壓縮。多級壓縮就是將氣體從吸入開始，經過幾次升壓而達到所需要的工作壓力。
1. 節省功率消耗
采用多級壓縮，可以通過在級間設置中間冷卻器的方法，使被壓縮氣體在經過一級壓縮后，先進行等壓冷卻，以降低溫度，再進入下一級氣缸。溫度降低、密度增大，這樣易于進一步壓縮，較之一次壓縮可以大大節省耗功量。
因此在相同的壓力下多級壓縮做功的面積就比單級壓縮要少。級數越多省的功耗就越多越接近于等溫壓縮。
注意：噴油螺桿空壓機的空壓機已經非常接近定溫過程。如到達飽和狀態后繼續壓縮繼續冷卻的話，將有冷凝水析出。
這些冷凝水如果與壓縮空氣一起進入油氣分離器（油箱）內，會使冷卻油乳化，影響潤滑效果。隨著冷凝水的不斷增加，油位也會不斷上升，最后冷卻油將會隨同壓縮空氣進入系統，污染壓縮空氣，對系統造成嚴重后果。
因此，為了防止冷凝水的產生，壓縮腔內的溫度不能過低，必須大于冷凝溫度。如排氣壓力為11bar（A）的空壓機，冷凝溫度為68℃，當壓縮腔內溫度低于68℃時，將有冷凝水析出。
因此噴油螺桿空壓機的排氣溫度不能過低，即等溫壓縮的應用在噴油螺桿機中由于冷凝水的問題受到了限制。
2. 提高容積利用率
由于制造、安裝以及運行三方面的原因，氣缸內的余隙容積總是不可避免的，而余隙容積不僅直接減小了氣缸的有效容積，而且其中所殘留的高壓氣體還必須膨脹至吸氣壓力，氣缸才能開始吸入新鮮氣體，這樣就等于進一步減小了氣缸的有效容積。
不難理解，如果壓力比愈大，則余隙容積內殘留氣體膨脹愈劇，氣缸有效容積則愈小。在極限情況下，甚至能夠出現余隙容積內的氣體在氣缸內完全膨脹后，壓力仍不低于吸氣壓力，這時就無法繼續吸、排氣，氣缸的有效容積就變成了零。
如果采用多級壓縮，則每一級的壓縮比很小，余隙容積內殘留氣體稍微膨脹即可達到吸氣壓力，這樣自然就可以使氣缸有效容積增大，從而提高氣缸容積的利用率。
3. 降低排氣溫度
壓縮機的排除氣體的溫度是隨壓縮比的增加而升高的，壓縮比越高排氣溫度就越高，但是過高的排氣溫度往往是不允許的。
這是由于：在油潤滑的壓縮機中，潤滑油溫度搞了會降低粘度，加劇磨損，當溫度升高過高時容易在缸內及閥門上形成積碳，加劇磨損，有事甚至發生爆炸。
基于各種原因，大大限制了排氣溫度，所以必須采用多級壓縮降低排氣溫度。
注意：分級壓縮可以降低螺桿空壓機的排氣溫度，同時也可使空壓機的熱力過程盡可能地向定溫壓縮靠近，以達到節能效果，但并不是絕、對的。
尤其對于排氣壓力13bar以下的噴油螺桿空壓機而言，由于其在壓縮過程中噴入了低溫的冷卻油，壓縮過程已經接近了定溫過程，沒必要再進行二級壓縮。
如在此噴油冷卻的基礎上再進行分級壓縮，使結構復雜，制造成本提高，還增加了氣體的流動阻力和額外的功耗，有點得不償失。
此外，如溫度過低，在壓縮過程中形成冷凝水的話將導致系統狀態惡化，造成嚴重后果。
