往复式压缩机基于与内燃机相同的原理（即活塞、环、气缸和阀门）。不同之处在于活塞顶部的气体压缩而不是燃烧。往复式压缩机通常用于每级需要高压缩比（排气压力与吸气压力之比）且流量不高且工艺空气/气体相对干燥的情况。
往复式压缩机利用气缸内活塞的运动来压缩空气。当活塞向下移动时，排气阀关闭，气缸内产生真空，迫使进气阀打开并将空气吸入气缸。随着活塞向上移动，进气门关闭，压缩空气通过排气门离开气缸。
润滑通常通过使用飞溅润滑或加压中央系统来实现。非常大的活塞压缩机在活塞空气阀区域的顶部有直接喷射或滴注润滑。小型（最高20马力）风冷往复式压缩机通常使用SAE 30发动机油或ISO 68至100 R&O或抗磨油润滑；50 hp及更大功率的往复式压缩机通常有两个独立的润滑系统：
1.压缩机头簧片阀的滴灌系统，需要非碳化合成酯或二酯润滑剂：ISO 100或150
2.曲轴箱润滑，需要SAE 30或40发动机油或ISO 100或150抗磨油。
对于大型水平十字头活塞压缩机，气缸油的选择取决于气体的溶解能力，以防止润滑油从气缸套上冲走现代润滑油中通常使用酯类和二酯类。但几年前，使用了含有动物脂肪或植物油（天然酯）的复合油。
