Działanie sprężarki tłokowej jest niemal identyczne jak pompy tłokowej.
Zasada działania dwustopniowego W przypadku działania dwustopniowego największe korzyści przynosi stosowanie dużych sprężarek z ustawionym pionowo cylindrem niskiego ciśnienia i ustawionym poziomo cylindrem wysokiego ciśnienia i z tego powodu jest to najczęściej spotykane rozwiązanie. Sprężarki smarowane olejem pracują normalnie przy smarowaniu rozpryskowym lub smarowaniu ciśnieniowym. Większość sprężarek ma zawory samoczynne. Zawory takie otwierają się i zamykają na skutek różnicy ciśnień po odpowiednich stronach krążka zaworu.
Bezolejowe sprężarki tłokowe Bezolejowe sprężarki tłokowe mają pierścienie wykonane z policzterofluoroetylenu (PTFE) lub pierścienie węglowe. W rozwiązaniu alternatywnym ścianki tłoka i cylindrów wyposażone są w kanaliki tak jak w przypadku sprężarek labiryntowych. Większe sprężarki wyposażone są w głowice i uszczelki na sworzniach tłokowych, wentylowaną komorę pośrednią zapobiegającą przedostawaniu się oleju ze skrzyni korbowej do komory sprężania.