雙渦輪增壓引擎，顧名思義就是一顆引擎同時使用了兩個渦輪的增壓技術，由於成本和結構的原因，雙渦輪增壓技術通常需使用在六缸以上的引擎上，例如搭載直列六缸的BMW 335i或V型6缸的R35 GT-R，當然缸數更多的V8引擎也可採用雙渦輪增壓技術，而之所以要採用雙渦輪增壓技術，最主要的原因之一，就是希望能有效降低使用單渦輪時，可能產生的「渦輪遲滯」問題。
渦輪遲滯產生的原因主要在於渦輪葉片需累積到一定轉速之後，才能將負壓轉為正壓，開始真正進入工作狀態，尤其愈大顆的渦輪，遲滯情況愈嚴重，然而大排氣量引擎想要發揮實力，又不能使用太小顆的渦輪，很容易就把小渦輪的極限榨乾，因為最後才會發展出雙渦輪的技術，透過兩顆小渦輪較輕推的方式，來解決使用單顆大渦輪時，會出現的渦輪遲滯問題。也因為要同時推動兩顆渦輪，因此搭載雙渦輪增壓系統的引擎，其排氣量通常不會太小（除了一些最新款的節能取向柴油引擎外），這樣才能擁有足夠廢氣推動兩顆渦輪。
不過同樣是雙渦輪增壓系統，其實還可細分為串聯與並聯兩個種類。串聯形式渦輪通常是由一大一小兩顆渦輪串聯搭配而成，在引擎低轉速廢氣量較少時，先推動反應較快的小渦輪，使引擎擁有充沛的起步低轉速扭力反應，而當轉速進入中高領域時，再由大渦輪介入，提供充足的進氣量，輸出功率得以再提高，兩顆渦輪的進排氣管路是相通的，因此才會稱做串聯系統，車壇中以串聯式雙渦輪系統聞名的車款為Mazda RX-7，或是近年來許多BMW柴油引擎也是採用串聯式雙渦輪增壓引擎，來獲得靈敏的油門反應，並同時兼顧油耗表現。
此顆引擎為BMW 2.0L直列四缸柴油引擎，其所使用的雙渦輪系統為一大一小的串聯式設計，低轉速時推動小渦輪，以獲得充沛的起步扭力，高轉速時則由大渦輪接手，以延續馬力輸出。
此顆引擎同為BMW體系下的3.0L直列六缸汽油引擎，也就是大家所熟悉的335i所搭載的N54B30引擎，其所使用的雙渦輪系統就是標準的並聯式設計，因此兩顆渦輪大小皆相同。
並聯式雙渦輪系統
壓榨馬力最佳平台
而「並聯式」雙渦輪系統則是採用兩顆大小相同的渦輪，同時並列排列在排氣管中，按汽缸工作順序把1、2、3缸作為一組，4、5、6缸作為一組，每組三個汽缸的廢氣驅動一個渦輪，而由於三缸的排氣間隔相等，所以增壓器轉動的也就較為平穩，再加上把三缸分成一組，也可以減少各缸間的排氣干擾，有效降低排氣壓力。並聯式雙渦輪增壓系統可說是壓榨引擎馬力的最佳方式，由於一個渦輪只需面對三到四個汽缸的進氣量，不須同時「餵飽」六個以上的汽缸，因此進氣壓力很容易就轉為正壓，引擎反應相對快上許多，且只要稍微調高增壓值或提高渦輪出風量，所獲得的馬力增幅是單渦輪引擎所無法比擬的效果，而這也是雙渦輪引擎改裝潛力深厚的原因，例如Nissan R35 GTR、Porsche 997 Turbo與Toyata Supra等車款所搭載的引擎，都是具備並聯式雙渦輪增壓系統的高性能引擎，改裝後動輒千匹以上的水準。
總之，在相同的動力輸出水準中，例如同樣是做到600匹的最大馬力，並聯式雙渦輪系統與單渦輪系統相較起來，最大優勢在於中低速域的加速反應，與較均衡性的動力輸出，也就是加速表現較為線性；反觀單渦輪系統的動力特性，則偏重於高轉速時的爆發力與極速的創造，之所以有如此差別，主因在於雙渦輪系統的排廢氣分成兩邊，平均供應兩顆出風量較小、渦輪葉片較輕的渦輪，因此達到最高增壓值的轉速時機較早，缺點則是供油點火系統調校不易，而後者則因大渦輪配置，因此遲滯問題相對明顯，雖不利起步加速，但高轉速時因排氣壓力較低的緣故，因此高速持續性卻較雙渦輪系統優異。
雙渦輪引擎所需要的周邊零件相當複雜且多樣，因此往往只有高價旗艦車款才能見到其蹤影，此為Audi RS6所搭載的5.0L V10雙渦輪增壓引擎，原廠出力即達580匹，稍微寫個晶片，700匹以上動力表現不是難事。
雙渦輪增壓的王者，莫過於GT-R R32-R34所搭載的RB26DETT引擎，透過基礎的強化，600hp的最大馬力只是基本的，重度改裝後1000hp以上的實裝車，在過去也經常出現。
目前F80 M3/F82 M4所搭載直列六缸渦輪引擎，則是BMW直六引擎中的最新力作，也是採用雙渦輪增壓系統，經過ECU調校後，最大馬力也能輕鬆突破550hp以上。
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