Khi pittông chuyển động trong xi lanh chuyển động sang phải, áp suất trong buồng bên trái của pittông trong xi lanh thấp hơn áp suất khí quyển PA, van hút mở ra, không khí bên ngoài được hút vào xi lanh. Quá trình này được gọi là quá trình nén. Khi áp suất trong xilanh cao hơn áp suất P trong ống dẫn khí ra, van xả mở. Khí nén được đưa đến đường ống dẫn khí. Quá trình này được gọi là quá trình xả. Chuyển động tịnh tiến của piston được tạo thành nhờ cơ cấu con trượt tay quay do động cơ truyền động. Chuyển động quay của tay quay được chuyển thành trượt - chuyển động tịnh tiến của piston.

Máy nén khí piston có nhiều dạng cấu tạo. Theo chế độ cấu hình của xi lanh, nó có thể được chia thành loại thẳng đứng, loại nằm ngang, loại góc cạnh, loại cân bằng đối xứng và loại đối lập. Theo loạt nén, nó có thể được chia thành loại một giai đoạn, loại hai giai đoạn và loại nhiều giai đoạn. Theo chế độ cài đặt, nó có thể được chia thành loại di động và loại cố định. Theo chế độ điều khiển, nó có thể được chia thành loại không tải và loại chuyển đổi áp suất. Trong đó, chế độ điều khiển không tải có nghĩa là khi áp suất trong bình chứa khí đạt đến giá trị cài đặt, máy nén khí không ngừng chạy mà thực hiện hoạt động không nén bằng cách mở van an toàn. Trạng thái chạy không tải này được gọi là hoạt động không tải. Chế độ điều khiển công tắc áp suất có nghĩa là khi áp suất trong bình chứa khí đạt đến giá trị cài đặt, máy nén khí sẽ tự động ngừng chạy.

Ưu điểm của máy nén khí piston là cấu tạo đơn giản, tuổi thọ cao, dễ dàng nhận ra công suất lớn và áp suất cao. Nhược điểm là độ rung và tiếng ồn lớn, và do khí thải không liên tục, có xung phát ra nên cần có bình tích khí.