在隔膜机膜头的缸盖和配油盘上各加工有一个曲面，与被夹于二者之间的膜片分别组成气腔和油腔，气腔与装于缸盖阀孔中的吸、排气阀相通，而油腔则通过配油盘上众多的导流孔与缸体中的油腔相通，膜头周围的螺栓将缸盖、膜片、配油盘及缸体紧固在一起，使膜头中的气腔和油腔皆获得密封而不泄漏。
膜腔的容积变化是依靠膜片在膜腔中的挠曲变形获得的，而膜片在压缩过程中的变形则是由油腔中的油液驱动，压力油液由油缸中油压活塞推动加压后通过配油盘的导流孔进入油腔而作用在膜片上，使膜片在膜腔中产生挠曲变形，周期性的改变气腔和油腔的容积，油缸活塞的往复运动则由曲柄连杆机构驱动。
在压缩机的每一工作循环中，油腔或油缸中的油液量会因油缸活塞等处泄露或因调压阀泄压时排出的油量略多等原因造成油量损失，从而可能出现不能建立或保持所需的油液压力，因此在每一工作循环中要向油腔或油缸中补充油液。
装于机身正面由曲轴前端上的偏心套推动的柱塞或补油泵在每一工作循环中定时(一般在油缸活塞向内止点行程开始过程中)定量向油腔中补充油液。 在每一循环过程中所补充的油量一般是会多余损耗的油量，因而必须将多余的部分及时的排出，同时在压缩过程中油压与气压要保持一个合理压差(一般油压高于气压10～15%)，因而需对油压进行稳定调节控制，这些用装于膜头缸体上(或配油盘上)的弹簧式调压阀来完成，用调压阀内弹簧力大小来控制阀的开启和关闭，当油腔内因油量过多尔使油压升高并超过规定值时，腔内的油压会顶开调压阀，泄掉多余的油液而使油压保持在一定值后，在弹簧力的作用下使阀关闭，使运行保持稳定状态。
压缩机的工作循环过程是：压缩机运行时，当活塞处于外止点时，此时膜片在压力油液作用下产生变形后紧贴缸盖曲面，气腔中的气体已被排出，但因由余隙容积尚存高压余气。当油缸活塞向内止点方向运动时，油腔中油液压力逐渐减小直至消失，膜片两侧出现压差，膜片在气体余压和自身变形力作用下开始回缩变形，气腔容积逐渐增大，气腔余隙中的高压气体膨胀，当气腔增大到一定程度时，膨胀过程结束，腔内气压小于被吸气体压力时，吸气阀自动打开，吸气过程开始。
当油缸活塞继续向内止点方向运动时，膜片在压差作用下继续向油腔侧变形，当油缸活塞运动到内止点位置时，膜片挠曲变形至下极限位置后。油腔活塞再开始向外止点运动时，吸气阀关闭，吸气过程结束，油液压力开始升高，膜片向外止点方向变形，气腔容积逐渐变小，气腔内气体开始被压缩，当气腔中被压缩的气体压力远大于排气管道中气体压力时，排气阀自动开启，压缩过程完成并排出气体直至油缸活塞运动至外止点，膜片紧贴缸盖曲面，排气阀关闭，完成排气过程，至此完成一个工作循环
