罗茨真空泵由于输送和压缩气体而产生热量，这些热量必须从转子传至壳体而散发。但在低压下，气体对热的传导和对流性能极差，致使转子吸收的热量不易散出，造成转子温度永远高于壳体的温度。
由于转子的热膨胀，使转子与转子间、转子与泵壳间的间隙减少，特别在压差也高的情况下，尤为严重，甚至造成转子卡死，使泵损坏。为了使罗茨泵在较高的压差下工作，以扩大使用范围，增加泵的可靠性，就必须设法散出转子产生的热量，也就是说要对转子进行冷却。
为了理解空气冷却的实质，先来看一下气体在罗茨真空泵排气一侧的流动情况，在罗茨真空泵中吸入气体被压缩的过程不是连续的，而是突然的。吸入气体随转子转动而被封闭于腔内，又随转子的旋转，使腔内的气体突然与排气口接通。
由于排气一侧的气体压力较高，排气口处的气体就向腔中返冲，然后又随着转子的旋转而被驱赶排出泵外。这样的过程在每旋转一周中两个转子共进行四次排气过程。
从上述气体的流动情况可以设想：假若每次返冲到泵腔中的气体是冷的，则可以在高温的泵腔内吸收大量的热量，这些吸收了热量的气体又在转子的继续压缩中排出，从而会达到转子冷却的目的。
空气冷却就是运用上述原理。在泵的排气口处设置密集的冷却片，冷却片用冷水管进行冷却，或在泵的排气口处直接安装冷却水管，这样排气口处的气体就会降温，这种冷却方法能有效地散出罗茨泵转子在压缩气体中所产生的执量。而且当排气压力较高时，因气体分子的密度大，使热传导性能更好，其冷却效果也好些。
使用这种方法能保证泵在较高的压差下作，实验证明，一台罗茨泵在30Torr压差下运转6h，其转子在外壳的温度差为22度，当在排气口处安装冷却器后，在85Torr压差下长其运转，其温差也不超过17度。一般说来，罗茨真空泵采用空气冷却之后，可将压差提高80Torr，而不加冷却器一般只能达到15~30Torr。
这种冷却方法与环境温度有关系，环境温度高吸入的气体温度就高。则冷却效果就不好。此外，这种方法只能避免高压差产生的高热，而不能防止泵压缩过程中发热，而引起间隙变小的问题，所以受泵本身间隙的限制。
2、转子的内部冷却
为了使罗茨真空泵在更高压差下工作，可采取更有效的冷却方法，即将转子用循环油冷却，在泵轴两端分别有油孔、油径轴头打入，经转子内壁再从另一端排出。冷却油除冷却转子外，还润滑齿轮和轴承。这种冷却效果较好，泵在运转时转子温度低于外壳温度，大泵常采用这种方式。
例如在80Torr压差下工作时，罗茨真空泵转子温度较外壳低78度，同时还发现泵负荷越重时，则间隙越大，这是因为转子用油冷却，温度比壳体低，负荷越大，壳体膨胀越厉害，轴间距加大，所以间隙会增大。
由于负荷大，转子和壳体温差不断增高，使间隙不断增大，这会使首逆流增大，引起罗茨真空泵抽速下降。为了克服这个缺点，罗茨泵在高负荷下工作时，需要采用有效措施，一般是将罗茨真空泵的外壳和转子同时采用油循环系统进行冷却。
3、转子的油膜冷却
这种冷却方法是在罗茨真空泵入口处连接一个输油管，用均匀滴下的冷却油带走转子的热量。油经过滤器器、冷却器，通过密封良好的油泵，再经过办输油管将油送到泵的入口。油滴到转子上之后，随着转子的旋转而均面在转了子的表面上。
这不仅将转子的热量带走，同时在两个转子表面上形成油膜，防止气体的逆流，而且还能将转子表面上依附的微细尘埃带走。在泵的出口处设有油槽，收集废油，经过过滤，冷却后重新循环使用。
此种方法效果良好。但由于泵内有油，失去了罗茨泵无油蒸汽污染真空系统的特点。再则油具有一定的粘度，对高速旋转的罗茨泵转子增加了不少的摩擦力，当然使泵的功率消耗增加。所使用的油，要求饱和蒸汽压应尽量代。
4、水冷却
所谓湿式罗茨真空泵，即是由间级或双级泵吸入的空气经压缩后，通过综合吸收及有相位差的组合消音器传送。将微量的水注入泵内，便能消除因压缩空气而产生的热量。吸入水管装在单级或双级泵组的吸气端并连接到真空泵的进气口上。
水是靠真空泵产生的真空度而吸入，真空度越大，吸入水量就越高。用一只简单的调节阀门便能保证好的吸入量，吸入水的温度应保持在20度左右，要清洁，无钙质。
