双螺杆膨胀机的结构及其运行原理可见下图。螺杆膨胀机主要由一对螺杆转子、缸体、轴承、同步齿轮、密封组件及联轴节等极少的零件组成，结构简单，其气缸呈两圆相交的“∞”字形，两根按一定传动比反向旋转相互啮合的螺旋形阴、阳转子平行地置于气缸中。螺杆膨胀机主要是按照螺杆压缩机的逆原理来工作的，其基本结构相同，工作过程相反。螺杆膨胀机的一个工作周期由齿间容积的吸气、膨胀和排气三个过程组成。齿间容积是指由阴、阳转子和机壳共同围成的 V 形密闭空间，也是螺杆膨胀机对外做功的基本单元，因此也被称为基元容积。
吸气过程：阴、阳转子的一对齿在进气端分离，工作介质通过进气口流入齿间容积。工质施加在转子上的力推动阴、阳转子不断旋转，对外做功。齿间容积在这个过程中不断增大，直到齿间容积与进气口完全脱离，吸气过程结束。膨胀过程：阴、阳转子继续旋转，吸入的工质由于齿间容积增大而膨胀，推动阴、阳转子旋转，对外做功。直到前端的齿间容积到达排气口，与排气口连通，膨胀过程结束，排气过程开始。
排气过程：阴、阳转子继续旋转，齿间容积不断减小，将其间的工质通过排气口排出。
