螺杆空压机油路系统是一个闭式循环，如下图。对于没有油泵的螺杆空压机，润滑油的循环是利用油气桶与主机内部压差来实现循环。有种说法是主循环和二次回油两个过程。主循环是在压缩空气过程中向主机内喷入润滑油，压缩结束后润滑油和压缩空气一起进入油气桶。通过碰撞、拦截以及自身重力作用下将大部分润滑油存到油气桶底部。然后通过温控阀控制导入冷却器进行冷却，冷却后的润滑油经过油过滤器再一次回到主机中。
下图为常见润滑油循环系统，这种温控阀与油滤底座集成结构油循环系统在油滤底座安装温控阀芯。阀体上有四个阀口，A口连接来自油气桶内的高温润滑油，中间接口R1连接油冷却器进口，中间接口R2连接油冷却器出口，将高温状态下润滑油输送至油冷却器。冷却后的润滑油通过油过滤器过滤后再由B出口将润滑油输送到压缩主机。
还有一种分流型的润滑油循环系统如下图，通过入口A的油温来控制阀芯开启度，然后控制通过B、C口油通量，温度越高B口油量越大直到完全开启。C口则完全相反。这种方式温控阀芯开启温度一般在70多度开启，这样能够快速建立起合适油温，这种机型一般适用于温度较低地区机器能够快速启动。当油气桶里面的润滑油温度没有达到温控阀芯开启温度润滑油不会进入冷却器，而是经过油过滤器进入主机。当温度达到阀芯开启温度，阀芯会逐渐开启将部分或者全部润滑油通过冷却器降温来达到控制空压机温度在合理范围内。
另外一种混流型润滑油循环系统如下图，通过出口A的油温来控制阀芯开启度，继而达到控制通过B、C的油通量。温度越高B口油通量越小直到关闭，而C口则相反。这种温控阀芯开启温度一般较低一般在50多度。特点是温控阀芯开始动作温度较低，一般大型的空压机想要控制润滑油温度需要时间更长，出口A的温度和主机喷油口喷油温度非常接近。
二次回油是通过油分芯分离的油雾聚集在油分芯底部，这部分的润滑油在压力作用下通过回油管回到主机。
