多級壓縮具有以下優點：
節省功率消耗。通過在級間設置中間冷卻器，被壓縮氣體在經過一級壓縮後進行等壓冷卻，降低溫度後再進入下一級氣缸，這樣易於進一步壓縮，較之單級壓縮可以大大節省耗功量。
降低排氣溫度。當壓縮機的排氣壓力較高時，採用多級壓縮可以減小每一級的壓力比，並在級間施以中間冷卻措施，使每一級的吸氣溫度也較低，從而降低壓縮終了氣體的排氣溫度。
提高氣缸容積利用率。由於製造、安裝以及運行三方面的原因，氣缸內的餘隙容積總是不可避免的，而多級壓縮可以使得餘隙容積內殘留氣體稍微膨脹即可達到吸氣壓力，從而增大氣缸的有效容積，提高容積利用率。
降低活塞上的氣體作用力。當壓縮比較高時，多級壓縮可以降低較高的終壓力作用在較大的活塞面積上，從而減少傳遞給運動機構的力。
結構更加合理。多級壓縮的壓縮機結構設計更加合理，有助於提高整個系統的效率和穩定性。