雙級反滲透設備也稱為雙級反滲透。它是將單級反滲透的滲透水調節pH值后，由二級高壓泵送至二級反滲透系統進行處理，以獲得滲透水的過程。
醫院對水質的要求非常高，反滲透系統確保了醫院用水。雙級反滲透是對單級反滲透產生的水進行進一步凈化。單級反滲透純水系統的氣田水電導率<10μS/cm，經過二級反滲透純水系統的氣田水電導率小于2μS/cm甚至更低。反滲透純水系統后設置EDI設備可使電阻率達到18兆歐姆。反滲透系統可以去除水中98%以上的可溶性鹽和99%以上的膠體、微生物、顆粒和有機物質。
雙級反滲透設備技術可以提高水的過濾純度。單級反滲透設備的回收率可達70%以上；回收率達到總處理量的85%。為了確保將水質對膜的損害降低，設計中應在反滲透進口端安裝過濾器。經過濾器預處理處理后的水經前置泵進入反滲透反滲透裝置后，水中的離子和有機物經膜元件過濾，處理后的純水直接進入水箱，再通過輸送泵直接輸送至生產用水點使用。整個過程方便簡潔，全自動控制。
然而，在整套雙級反滲透設備中，反滲透膜起著主要作用。由于反滲透膜工作過程中膜表面的鹽濃度高于主液中的鹽濃度，因此處于濃差較差的環境。經過長時間過濾后，水中的一些雜質在膜表面形成水垢，降低了膜的水處理能力，降低了其工作效率。有機物在膜表面的沉積會對反滲透膜造成不可逆轉的損壞。
