Lorsque le piston se déplace du point mort haut au point mort bas du cylindre, le volume interne de ce dernier augmente et la pression diminue. Lorsque la pression interne chute en dessous de la pression atmosphérique ambiante, sous l'effet de la différence de pression entre l'intérieur et l'extérieur du cylindre, l'air extérieur surmonte la tension du ressort, ouvre la soupape d'admission et pénètre dans le cylindre (la soupape d'échappement étant alors fermée). Lorsque le piston atteint le point mort bas, le cylindre est rempli d'air à une pression égale à la pression atmosphérique ambiante. L'équilibre des pressions entre l'intérieur et l'extérieur du cylindre est atteint, et le ressort de soupape referme la soupape d'admission par un mouvement de rappel, achevant ainsi la course d'admission.

Lorsque le piston remonte du point mort bas au point mort haut, les soupapes d'admission et d'échappement se ferment, et l'air contenu dans le cylindre est comprimé. À mesure que le piston remonte, le volume du cylindre diminue et la pression de l'air comprimé augmente en conséquence. Ce processus est appelé course de compression.

Lorsque la pression de l'air comprimé dépasse la force combinée de la tension du ressort de la soupape et de la pression à l'intérieur du tuyau d'échappement, la soupape d'échappement s'ouvre et l'air comprimé est évacué par le tuyau d'échappement jusqu'à ce que le piston atteigne le point mort haut. À ce stade, la majeure partie de l'air comprimé contenu dans le cylindre a été évacuée, ce qui provoque une chute brutale de la pression. La soupape d'échappement referme ensuite le cylindre sous l'effet de la tension de son ressort. Ce processus est appelé course d'échappement.

Lorsque le piston revient du point mort haut au point mort bas, de l'air frais est aspiré dans le cylindre, amorçant ainsi la course d'admission suivante. De cette manière, le compresseur d'air alternatif fonctionne selon un cycle continu d'admission, de compression et de refoulement.