往復式壓縮機基于與內燃機相同的原理（即活塞、環、氣缸和閥門）。不同之處在于活塞頂部的氣體壓縮而不是燃燒。往復式壓縮機通常用于每級需要高壓縮比（排氣壓力與吸氣壓力之比）且流量不高且工藝空氣/氣體相對干燥的情況。
往復式壓縮機利用氣缸內活塞的運動來壓縮空氣。當活塞向下移動時，排氣閥關閉，氣缸內產生真空，迫使進氣閥打開并將空氣吸入氣缸。隨著活塞向上移動，進氣門關閉，壓縮空氣通過排氣門離開氣缸。
潤滑通常通過使用飛濺潤滑或加壓中央系統來實現。非常大的活塞壓縮機在活塞空氣閥區域的頂部有直接噴射或滴注潤滑。小型（最高20馬力）風冷往復式壓縮機通常使用SAE 30發動機油或ISO 68至100 R&O或抗磨油潤滑；50 hp及更大功率的往復式壓縮機通常有兩個獨立的潤滑系統：
1.壓縮機頭簧片閥的滴灌系統，需要非碳化合成酯或二酯潤滑劑：ISO 100或150
2.曲軸箱潤滑，需要SAE 30或40發動機油或ISO 100或150抗磨油。
對于大型水平十字頭活塞壓縮機，氣缸油的選擇取決于氣體的溶解能力，以防止潤滑油從氣缸套上沖走現代潤滑油中通常使用酯類和二酯類。但幾年前，使用了含有動物脂肪或植物油（天然酯）的復合油。
