螺杆空压机长于运行稳定，可提供中低压（低于2MPa）、中低流量的空气（低于100mm³/min），高压与高流量非螺杆机所擅长，但大部分用途在中低压和中低流量，因此螺杆机的应用普遍，发达国家的螺杆机占有率超过70%。
工作时，螺杆机吸入空气，润滑油也有一并喷入，与空气混合，以吸收压缩机，使排气温度不至过高。对于双螺杆机，润滑油还密封两个螺杆之间、螺杆与腔体之间的缝隙，提高压缩效率。润滑油也直接进入螺杆两端的轴承，提供润滑。
黏度越低的油，喷入后形成的油滴越小，冷却效果越强，因此螺杆机大部分使用VG32、VG46黏度的油，更高黏度的极为罕见，另一方面，为了确保润滑，减少油品挥发，控制压缩气的含油率，也不宜使用黏度更低的油。
空气与油滴形成的混入气体经压缩后，从压缩机的出口排出，这时的温度是整个系统中的。
高温的混合气体进入油箱，通过油箱上部的油气分离滤芯（类似油烟机的油网）实现空气和油的分离，润滑油汇聚成滴流入油箱底部，空气则穿过滤芯离开油箱。分离后的空气和油经过各自的冷却器降温（当油温过低时，将不经冷却而直接进入压缩机，以避免机头温度过低出现大量凝结水），空气输送至储罐、工作设备或仪表等，润滑油重新喷入压缩机进行循环。
空气进入前，会经过过滤除尘、净化、除湿等处理，配置简单的通常只有过滤除尘。当油压过低或排气湿度过高时，多数压缩机会报警或停机。