Máy nén khí được hoạt động theo những nguyên lý cơ bản sau:
- Nguyên lý thay đổi thể tích : Không khí được dẫn vào buồng chứa, rồi dần dần buồng chứa sẽ được thu nhỏ lại. Như vậy áp dụng định luật Boyle-Matiotte, áp suất trong buồng chứa sẽ tăng lên. Máy nén khí hoạt động theo nguyên lý này có thể kể đến như kiểu máy nén khí piston, bánh răng, cánh gạt.
- Nguyên lý động năng : không khí được dẫn vào buồng chứa và được gia tốc bởi một bộ phận quay với tốc độ cao, nhờ sự chênh lệch vận tốc thì áp suất khí nén tăng lên, nguyên tắc này tạo ra lưu lượng và công suất rất lớn. Máy nén khí hoạt động theo nguyên lý này có thể kế đến như như máy nén khí ly tâm.
- Nguyên lý ăn khớp: Đơn cử là máy nén khí trục vít. Máy bao gồm 2 trục vít là trục vít đực và trục vít cái. Khi máy vận hành, khí được bơm vào. Hai trục vít của máy quay ngược chiều nhau gọi là quá trình ăn khớp. Khi các trục vít quay nhanh, không khí được hút vào trong vỏ qua cửa nạp và được truyền vào buồng khí giữa các trục vít. Tại đây không khí được nén giữa các bánh răng rồi được đưa tới cửa xả.
