实行多级压缩有如下优点：
1、降低排气温度。当压缩机排气压力较高时，若仍采用单级压缩，其压力比会大幅增大，进而导致排气温度远超允许范围，致使机器无法正常运行。采用多级压缩后，每一级的压力比可有效减小，且能在级间采取中间冷却措施，使每一级的吸气温度维持在较低水平（通常可与**级吸气温度相近），从而显著降低压缩终了时的气体排气温度，如图83所示，由T2降至T′2。计算表明，在吸气温度为27℃、吸气压力为0.1MPa的条件下，当排气压力为0.5MPa时，单级压缩（n=1.4）的排气温度可高达197℃，因此，要使压缩机输出高压气体，必须采用多级压缩。
2、节省功率消耗。采用多级压缩时，可通过在级间设置中间冷却器，使被压缩气体经过一级压缩后，先进行等压冷却以降低温度，再进入下一级气缸。气体温度降低后密度增大，更易于进一步压缩，相比单级一次压缩，可大幅节省功率消耗。图84中斜线标注的面积，即为两级压缩较单级压缩所节省的功量。
3、提高气缸容积利用率。由于制造、安装及运行等方面的因素，气缸内的余隙容积始终无法避免。余隙容积不仅会直接减小气缸的有效容积，其残留的高压气体还需膨胀至吸气压力后，气缸才能吸入新鲜气体，这进一步缩小了气缸的有效容积。显然，压力比越大，余隙容积内残留气体的膨胀就越剧烈，气缸有效容积也就越小。极端情况下，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，此时将无法继续吸、排气，气缸有效容积趋近于零。采用多级压缩后，每一级的压缩比很小，余隙容积内的残留气体只需轻微膨胀即可达到吸气压力，从而有效增大气缸有效容积，提高气缸容积利用率。
4、降低活塞上的*大气体作用力。当压缩比较高时，若采用单级压缩，较高的终压力作用在较大的活塞面积上，传递给运动机构的作用力会显著增大。而多级压缩中，气体压力逐级升高，气缸直径却逐级减小，这样一来，低压级较大的活塞面积上作用的气体压力较小，高压级较高的气体压力则作用在较小的活塞面积上，使得各级作用于运动机构的力均处于较小范围。若对各级进行合理配置，还能进一步减小作用在运动部件上的作用力。
压缩机采用多级压缩时，级数的确定通常需综合考虑以下原则：每一级的压缩温度控制在允许范围之内；压缩机的总功耗*少；机器结构力求简单，便于制造；运行安全可靠。
在遵循上述原则的前提下，对于进气压力为大气压的压缩机，其终压力与级数通常可按表32的统计值选取。
