雙級旋片式真空泵主要由泵體、轉子、旋片、端蓋、彈簧等組成。
在雙級旋片式真空泵的腔內偏心地安裝一個轉子，轉子外圓與泵腔內表面相切（二者有很小的間隙），轉子槽內裝有帶彈簧的二個旋片，將定子分隔成兩個工作腔（高、低級工作腔），旋轉時，雙級旋片式真空泵靠離心力和彈簧的張力使旋片頂端與泵腔的內壁保持接觸，雙級旋片式真空泵腔內壁滑動，使得工作腔容積周期性擴大而吸氣，低級工作腔容積周期性縮小而壓縮氣體，借助氣體和油的壓力推開排氣閥排氣，從而獲得真空。
當吸入壓力較高時（例如從大氣壓開始吸氣），氣體在腔被壓縮，壓力急增，則被壓縮的氣體的一部分直接從輔助排氣閥排出，另一部分氣體經壓縮后通過中壁內的級間通道進入低級腔，再次壓縮后從低級排氣閥排出，此時高低級腔同時排氣；
當吸入壓強較低時（例如泵工作一段時間之后），氣體由吸氣口進入腔，氣體在腔內壓縮所產生的壓力不足以推開輔助排氣閥而直接通過級間通道進入低級工作腔，再次壓縮后從低級排氣閥排出。
