Çift kademeli kompresörler iç yapı bakımından düşük (ya da birinci) ve yüksek (ya da ikinci) kademelere bölünmüşlerdir. Emme gazı emme hattından doğruca düşük kademe silindirlerine ve burada kademeler arası manifolduna boşaltılır ve akışı ayarlanır. Böylece motorun yeterince soğutulmasını sağlar ve aşırı sıcaklıkları önler. Kademeler arası basınçtaki kızgın soğutucu buharı, yüksek kademe silindirinin emme ağızlarına girer ve sonra yoğuşma basıncında kondensere boşaltılır.
Pistonlu kompresörlerle ilgili şimdiye kadar anlatınlar tek kademeli üniteler üstünde yoğunlaştı ancak çok aşırı düşük sıcaklıklı uygulamalarda karşılaşılan yüksek sıkıştırma oranından dolayı buharlaşma sıcaklıklarının –34.4 °C ile -62.2 °C aralığında olduğu durumlarda verimi artırmak için çift kademeli kompresörler geliştirilmiştir.