双级旋片式真空泵主要由泵体、转子、旋片、端盖、弹簧等组成。
在双级旋片式真空泵的腔内偏心地安装一个转子，转子外圆与泵腔内表面相切（二者有很小的间隙），转子槽内装有带弹簧的二个旋片，将定子分隔成两个工作腔（高、低级工作腔），旋转时，双级旋片式真空泵靠离心力和弹簧的张力使旋片顶端与泵腔的内壁保持接触，双级旋片式真空泵腔内壁滑动，使得工作腔容积周期性扩大而吸气，低级工作腔容积周期性缩小而压缩气体，借助气体和油的压力推开排气阀排气，从而获得真空。
当吸入压力较高时（例如从大气压开始吸气），气体在腔被压缩，压力急增，则被压缩的气体的一部分直接从辅助排气阀排出，另一部分气体经压缩后通过中壁内的级间通道进入低级腔，再次压缩后从低级排气阀排出，此时高低级腔同时排气；
当吸入压强较低时（例如泵工作一段时间之后），气体由吸气口进入腔，气体在腔内压缩所产生的压力不足以推开辅助排气阀而直接通过级间通道进入低级工作腔，再次压缩后从低级排气阀排出。
