活塞壓縮機的性能是生產能力和壓縮功等。
1）生產能力。壓縮機的生產能力也叫排氣量。它是將單位時間內排出的氣量折算成吸氣狀態下的體積，單位為
。由于它是一種容積壓縮機，吸氣體積顯然是與活塞面積、活塞行程及轉速成正比。如圖3-9所示，由于余隙容積的影響，在每一循環中的吸氣體積V2要小于活塞的行程容積V3.對氣缸單面工作的壓縮機，行程容積為
送氣系數是指實際排氣量與活塞排氣量的比值，一般為0.55~0.85.顯然，它與余隙容積的大小有關，余隙越大，實際吸氣體積V2越小，送氣系數也越小。
此處，活塞環、密封圈漏氣，進、排氣閥不嚴，吸氣管阻力增加，氣體由于冷卻不好而溫度升高等因素均將造成送氣系數減小，降低活塞壓縮機的生產能力。
2）壓縮功。壓縮機是消耗功的機械，用消耗的功來提高氣體的壓力。在圖3-9中，以容積為橫坐標，壓力為縱坐標的坐標圖上，表示了一個壓縮循環的四個過程，這個圖也叫示功圖。四條曲線所圍的面積表示了一個循環所消耗的壓縮功的大小。
隨著氣體的壓縮，氣體的溫度也將升高。氣體本身的體積將趨于膨脹，因此，壓縮愈困難，壓縮所需消耗的功愈大。在示功圖上的壓縮過程曲線3-4將向右偏移，如3-4所示，使曲線所圍的面積增大，表示消耗的壓縮功增加。
為了減少壓縮功的消耗，必須降低氣體溫度。所以，在氣缸上設有冷卻水套。
在理想情況下，氣體壓縮后溫度不升高，則消耗的功最小，這種壓縮稱為等溫壓縮。但是，由于實際壓縮過程進行得很快，產生的熱量不可能被冷卻水全部帶走。
因此，實際壓縮后溫度總有所升高。
為了加強冷卻效果，降低壓縮功的消耗，可以采用多級壓縮。在一級氣缸中壓縮到較低的壓力后，將氣體送到有足夠冷卻面積的中間冷卻器中進行冷卻，冷至接近吸氣溫度后，再送入下一級氣缸中繼續壓縮，這樣使整個壓縮過程更接近等溫過程。
當排氣壓力高時，必須采用多級壓縮，這是由于：
①如果采用一級壓縮，則排氣壓力與吸氣壓力之比（稱壓縮比）很大，排氣溫度會升得很高，造成潤滑油粘度降低和裂解，失去潤滑作用或氧化燒成積炭。只有采用多級壓縮、降低各級的壓縮比，同時進行中間冷卻，才能使排氣溫度降低。
②當壓縮比很大時，氣缸中的高壓余氣膨脹將占去很長的行程，造成有效吸氣容積減小，甚至達到無法吸入氣體。只有采用多級壓縮，降低各級壓縮比，才可增大有效容積，提高排氣系數。
對單級壓縮機，允許的壓縮比在7以下，當排氣壓力高時，需采用多級壓縮。
但是，級數過多將造成結構過于復雜，實際級數應根據排氣壓力的高低和經驗選取，如表3-6所示。
對多級壓縮機，各級的壓力比接近相等，一般在3~4左右。
國產中壓流程制氧機所用的空氣壓縮機，均為三級壓縮。表3-7列出了幾種配套空氣壓縮機的技術性能。
