活塞壓縮機是靠活塞在氣缸中作往復運動來壓縮氣體的機械，所需的動力由電動機提供，其工作過程如圖3-9所示。當電動機帶動曲軸7旋轉時，通過連桿6、十字頭8、活塞桿5，使活塞3在氣缸4中做往復運動。曲軸每旋轉一周，活塞在氣缸內往復一次。依靠進、排氣閥的配合，相繼完成吸氣、壓縮、排氣和余氣膨脹的過程，組成一個工作循環。
1）吸氣過程。當活塞從左端極限位置（左死點）向右運動時，氣缸內容積增大，壓力降低。當壓力低于進氣管壓力時，氣體將進氣閥1頂開，氣體開始進入氣缸，直到活塞移到氣缸右端極限位置（右死點）為止。
2）壓縮過程。當活塞從右死點向左運動時，缸內的氣體體積縮小，壓力升高，進氣閥將自動關閉。此時，排氣閥尚未頂開，隨著氣體體積不斷縮小，壓力逐漸提高，直至達到排氣壓力。
3）排氣過程。當氣缸內壓力超過排氣管內壓力時，氣缸內的氣體將排氣閥頂開。隨著活塞繼續向左運動，氣體逐漸排出，直至左死點位置。
4）余氣膨脹過程。由于活塞與氣缸蓋之間總留有一定的間隙，以免發生碰撞。同時，在進、排氣閥處也有一定的空間。它們所占的體積叫余隙容積，用V。
表示。因此，當活塞在左死點位置時，缸內有壓力的氣體不能全部排出，而當活塞向右移動時，剩余的有壓力的氣體膨脹，稱余氣膨脹過程。只有當活塞向右移至某一位置，余氣膨脹到缸內壓力低于吸氣管壓力時，才能開始新的吸氣過程。
隨著機器轉動，活塞不斷做往復運動，周而復始地進行上述循環過程。當活塞兩側都進行上述循環時，稱雙作用壓縮機。制氧中用的活塞壓縮機大都屬于雙作用式。
