当要求气体的工作压力较高时，采用单级压缩不仅不经济，有时甚至是不可能实现的，必须采用多级压缩。多级压缩就是将气体从吸入开始，经过几次升压而达到所需要的工作压力。
1节省功率消耗
采用多级压缩，可以通过在级间设置中间冷却器的方法，使被压缩气体在经过一级压缩后，先进行等压冷却，以降低温度，再进入下一级气缸。温度降低、密度增大，这样易于进一步压缩，较之一次压缩可以大大节省耗功量。因此在相同的压力下多级压缩做功的面积就比单级压缩要少。级数越多省的功耗就越多越接近于等温压缩。
注意：喷油螺杆空压机的空压机已经非常接近定温过程。如到达饱和状态后继续压缩继续冷却的话，将有冷凝水析出。这些冷凝水如果与压缩空气一起进入油气分离器(油箱)内，会使冷却油乳化，影响润滑效果。随着冷凝水的不断增加，油位也会不断上升，最后冷却油将会随同压缩空气进入系统，污染压缩空气，对系统造成严重后果。
因此，为了防止冷凝水的产生，压缩腔内的温度不能过低，必须大于冷凝温度。如排气压力为11bar(A)的空压机，冷凝温度为68℃，当压缩腔内温度低于68℃时，将有冷凝水析出。因此喷油螺杆空压机的排气温度不能过低，即等温压缩的应用在喷油螺杆机中由于冷凝水的问题受到了限制。
2提高容积利用率
由于制造、安装以及运行三方面的原因，气缸内的余隙容积总是不可避免的，而余隙容积不仅直接减小了气缸的有效容积，而且其中所残留的高压气体还必须膨胀至吸气压力，气缸才能开始吸入新鲜气体，这样就等于进一步减小了气缸的有效容积。
不难理解，如果压力比愈大，则余隙容积内残留气体膨胀愈剧，气缸有效容积则愈小。在极限情况下，甚至能够出现余隙容积内的气体在气缸内完全膨胀后，压力仍不低于吸气压力，这时就无法继续吸、排气，气缸的有效容积就变成了零。如果采用多级压缩，则每一级的压缩比很小，余隙容积内残留气体稍微膨胀即可达到吸气压力，这样自然就可以使气缸有效容积增大，从而提高气缸容积的利用率。
开山空压机
3降低开山空压机排气温度
压缩机的排除气体的温度是随压缩比的增加而升高的，压缩比越高排气温度就越高，但是过高的排气温度往往是不允许的。这是由于：在油润滑的压缩机中，润滑油温度搞了会降低粘度，加剧磨损，当温度升高过高时容易在缸内及阀门上形成积碳，加剧磨损，有事甚至发生爆炸。基于各种原因，大大限制了排气温度，所以必须采用多级压缩降低排气温度。
注意：分级压缩可以降低螺杆空压机的排气温度，同时也可使空压机的热力过程尽可能地向定温压缩靠近，以达到节能效果，但并不是绝对的。尤其对于排气压力13bar以下的喷油螺杆空压机而言，由于其在压缩过程中喷入了低温的冷却油，压缩过程已经接近了定温过程，没必要再进行二级压缩。如在此喷油冷却的基础上再进行分级压缩，使结构复杂，制造成本提高，还增加了气体的流动阻力和额外的功耗，有点得不偿失。此外，如温度过低，在压缩过程中形成冷凝水的话将导致系统状态恶化，造成严重后果。
4降低作用在活塞杆上的气体力
活塞压缩机上，当压缩比较高而采用单级压缩时，气缸直径较大，就有较高的气体终压作用在较大活塞面积上，活塞上的气体里就较大。如果采用多级压缩就能大大降低作用于活塞上的气体力因而有可能使得机构轻巧，机械效率提高。
当然，多级压缩也不是级数越多越好。因为级数越多，压缩机结构趋于复杂，尺寸、重量和造价都要增加;气体通道增加，气阀及管理的压力损失增加等，所以有时级数越多反而时经济性下降，级数多了运动机件增加，发生故障的机会也会增加。由于摩擦增加，机械效率也将有所降低。
