氣冷羅茨真空泵的傳熱是由氣體的輸送和壓縮產生的，熱量由轉子傳遞到外殼上。但是，低氣壓時，氣體的傳熱和對流性非常差，致使轉子吸收的熱量不容易散失，造成轉子溫度總是高于外殼。因為轉子的熱膨脹，使得轉子和轉子之間的間隙變小，尤其是壓差大時，尤其是轉子卡死，甚至出現轉子卡死、泵損壞的情況。要使羅茨真空泵能在較高壓力差下工作，擴大使用范圍，提高泵的可靠性，就必須采取措施把熱發散出去，即把轉子冷卻。

氣冷羅茨真空泵在泵腔中有兩個對稱的轉子，旋翼有二、三、四個葉片，本機為雙轉子式真空泵。轉子相對轉動，軸端齒輪帶動同步轉動，旋翼和泵腔之間沒有接觸，轉子間隙一般在0.15-1.0mm之間。泵室采用間隙密封。

氣冷羅茨真空泵由于泵腔轉子可以高速運轉，一般在1500-3000r/min，不產生摩擦，不需潤滑，實現了不需油清洗的抽水過程。泵體無往復運動部分，動平衡性能好。氣冷式羅茨真空泵運轉平穩，轉速高，體積小，可達到較大的速度。

當前，國內外氣冷羅茨真空泵大都是水平式結構，頂部有進氣口，底部有出風口。這類羅茨真空泵具有低重心水平、高速穩定性好的雙轉子通過一對高精度齒輪同步轉動。氣冷式羅茨真空泵多采用直驅驅動，大泵采用帶式驅動。大多數電動機和傳動齒輪位于轉子軸兩側，安裝拆卸方便。傳動軸傳遞力矩大，軸與轉子應牢固結合，軸應有足夠的強度和剛度。羅茨真空泵的密封很重要。驅動軸的凸起、轉子軸承和泵腔都設置有動密封，泵腔及各端蓋都有靜密封。

為了防止氣冷羅茨真空泵的誤操作，一般設置旁通安全閥。針對羅茨真空泵的特殊要求，齒輪箱體、軸承和泵腔之間可以分成獨立結構。

在壓縮時，氣冷羅茨真空泵產生的熱量傳遞到轉子和泵體。泵體內的熱量很容易散失到周圍大氣中，因為轉子難以向泵外輸送熱量。所以，轉子和泵體之間存在溫差。轉子熱膨脹增大。隨著負荷的增加，轉子的膨脹間隙消失并堵塞。氣冷式羅茨真空泵就這樣誕生了，它利用冷卻的氣體或空氣直接冷卻熱轉子，減小了轉子與泵殼的溫差，提高了氣冷羅茨真空泵的耐熱性能。