Når stempelet i cylinderen bevæger sig mod højre, er trykket i stemplets venstre kammer i cylinderen lavere end atmosfæretrykket PA, sugeventilen åbnes, og den udvendige luft suges ind i cylinderen. Denne proces kaldes komprimeringsproces. Når trykket i cylinderen er højere end trykket P i udgangsluftrøret, åbner udstødningsventilen. Trykluft sendes til gastransmissionsrøret. Denne proces kaldes udstødningsproces. Stempelets frem- og tilbagegående bevægelse dannes af krumtapskyderen, der drives af motoren. Crankens roterende bevægelse omdannes til glidning - stemplets frem- og tilbagegående bevægelse.

Stempelluftkompressorer har mange strukturelle former. Ifølge cylinderens konfigurationstilstand kan den opdeles i lodret type, vandret type, vinkletype, symmetrisk balancetype og modsat type. Ifølge komprimeringsserien kan den opdeles i enkelt-trins type, dobbelt-trins type og flertrins type. I henhold til indstillingstilstanden kan den opdeles i mobiltype og fast type. Ifølge kontroltilstanden kan den opdeles i aflæsningstype og trykafbrydertype. Blandt dem betyder aflastningskontroltilstanden, at når trykket i luftlagertanken når den indstillede værdi, stopper luftkompressoren ikke med at køre, men udfører ukomprimeret drift ved at åbne sikkerhedsventilen. Denne tomgangstilstand kaldes aflæsning. Trykafbryderens kontroltilstand betyder, at når trykket i luftlagertanken når den indstillede værdi, stopper luftkompressoren automatisk.

Fordelene ved stempelluftkompressor er enkel struktur, lang levetid og let at realisere stor kapacitet og højt tryk. Ulemperne er store vibrationer og støj, og fordi udstødningen er intermitterende, er der pulsudgang, så en luftlagertank er påkrævet.