双壳油轮是拥有两层外壳的油轮，主要是用来运输散装油类，其货油舱的底部和边部有连续的双层壳体组成。这些连续的双层壳体可以用来承载压载水。压载空间能够在整个装货空间延续。国际防止船舶污染公约附则1的第13F 规定了载重吨超过5000吨的新建船舶应建造成具有双壳结构，以防止或减少由于搁浅、水灾、碰撞等导致底部或边壳破损造成的油污染。
目前从事国际航运的1700条油轮中，60％为单壳油轮，然而，单壳油轮事故的高发率及引起的巨大灾难已经引起国际社会的重视。欧盟组织已决定在2015年以前，禁止使用单壳油轮从事国际航运。双壳油轮的出现可能会减小溢油所导致的对环境的污染。
建造双壳油轮的最初目的是节省运送需要加热的液体如沥青、糖蜜或石蜡时的能量（和价格），因为两层壳的隔热性能比较好。
今天建造双壳油轮的动机是为了提高其安全性，防止油外泄，但两层船壳之间的空间也被用来做压载舱，按照船载货的情况来平衡船身。作为压载的是抽入船壳间的海水。
但是，盐水对船的内壁的腐蚀非常大，而由于船的两层壳之间非常窄，船员无法使用船上的设施来确定内壁腐蚀的程度。因此，有些专家怀疑双壳油轮的效果。
1989年，埃克森·瓦尔迪兹号油轮事故发生后，国际海事组织规定所有1996年后建造的5000吨以上的油轮必须拥有双壳结构。
2001年，又一次油轮事故后国际海事组织决定从2015年开始只有双壳油轮可以在海洋上运行。