螺杆空压机的灵魂部件就是一对相互啮合的螺旋形转子，通常把带凸齿的叫作阳转子，带凹齿的叫作阴转子。两根转子像两根巨型麻花拧在一起，但齿形经过精密计算，啮合间隙只有几十微米，既不让空气倒流，又能形成连续的“齿间容积”。电机带动阳转子旋转，阴转子靠同步齿轮或喷油膜随动，空气从进气端被“卷”进螺旋槽，随着转子继续转动，齿槽容积逐渐缩小，空气就像被手风琴风箱不断挤压，压力一路升高。当齿槽与排气口接通时，高压空气瞬间喷出，完成一次压缩循环。因为啮合线是连续的，所以气流脉动非常小，人耳听起来只是均匀的“嗡嗡”声。喷油机型在压缩的同时把几十微米油滴喷进去，既润滑接触面又密封间隙，还能把压缩热带走，使排气温度控制在80 ℃左右，效率比干式高3 %～5 %。整个过程中没有活塞式的进排气阀片，也就没有易损件，这就是螺杆机可以十年不停运转的根本原因。
