一般由一大一小两个废气涡轮增压器组成。其中较小的涡轮直接与内燃机排气管相连，称为高压级涡轮。在高压级涡轮中做功后排出的气体进入较大的低压级涡轮继续做功。空气先进入低压级涡轮驱动的较大的低压级压气机，经过压缩后进入由高压级涡轮驱动的高压级压气机，然后一般应经过中冷器冷却后进入内燃机的进气系统。有时，在两级压气机之间也设置级间的冷却器。现代两级增压系统都设有实时调节涡轮通流特性的调节装置，或者采用涡轮废气放气调节方式，或者采用可变几何涡轮调节方式。串联增压能够大幅提升内燃机的升功率和低速扭矩，对于提升内燃机的性能有着较大作用。