Działanie sprężarki membranowej można podzielić na cztery etapy: wlot, sprężanie, wydech i reset. Na etapie dolotowym membrana przesuwa się w jedną stronę, zwiększając objętość komory sprężania i wytwarzając podciśnienie. Następnie gaz jest zasysany do komory sprężania przez zawór wlotowy.

Podczas etapu sprężania membrana porusza się w przeciwnym kierunku, zmniejszając objętość komory sprężania. Gaz jest sprężany, a ciśnienie wzrasta. Gdy ciśnienie gazu osiągnie ciśnienie otwarcia zaworu wydechowego, zawór wydechowy otwiera się i gaz jest usuwany. Na etapie resetowania membrana powraca do pozycji wyjściowej, przygotowując się do następnego cyklu dolotowego.