盡管雙螺桿擠出機擠出原理不如單螺桿擠出機成熟，也涉及許多學科，頗為復雜，但對下述工作原理基本認同。
兩根螺桿互相嚙合，一根螺桿螺紋插入另一根螺桿的螺槽中，嚙合處連續的螺槽被分為相互隔離的C形小室。物料在C形小室中隨著螺桿的旋轉軸向運動，螺桿每轉一圈，C形小室就前移一個導程的距離。由于C形小室中的物料受嚙合螺紋的推力，使物料抱住螺桿旋轉的趨勢受到阻礙，并被螺紋推向前移，強制推進物料。此外，兩根螺桿的嚙合處對物料還會產生剪切和混合作用，這種剪切混合作用，異向雙螺桿比同向效果更好。雙螺桿與單螺桿一樣，也有一定的壓縮比，為的是補償物料在螺桿中所產生的密度變化以及強化螺桿的剪切和混合作用。
根據雙螺桿的旋轉方向、嚙合程度和螺紋參數不同，C形小室可以是互相連通的，也可以是完全封閉的。嚙合型異向雙螺桿的C形小室是完全封閉的，小室中的物料跟著小室一起前移，輸送過程中不會產生逆流或滯流，因此具有較大的強制輸送性，它近似于齒輪泵原理的正位移。由于強制等量送料，減少了逆流量，物料在機筒內停留時間短，物料均勻，溫度波動小，物料塑化均勻。嚙合型同向雙螺桿的C形小室是互通的，其中一根螺桿推送的C形小室內的熔體在兩嚙合區形成的壓差下，向另一根螺桿的螺槽轉移，并形成新的C形小室熔體，且周而復始地轉移，熔體呈“∞”字形在螺旋流道內向前移動。嚙合區因速度方向相反就產生較大的相對速度，剪切混合作用強烈。螺紋根間隙一般設計很小，物料不會黏附在螺槽中，物料停留時間短，具有自潔作用。
