A membránkompresszor működése négy szakaszra osztható: szívó, kompresszió, kipufogó és visszaállítás. A beszívási szakaszban a membrán oldalra mozdul, növeli a kompressziós kamra térfogatát és negatív nyomást hoz létre. Ezután a gázt a szívószelepen keresztül szívják be a kompressziós kamrába.

A kompressziós szakaszban a membrán az ellenkező irányba mozog, csökkentve a kompressziós kamra térfogatát. A gáz összenyomódik, és a nyomás nő. Amikor a gáznyomás eléri a kipufogószelep nyitási nyomását, a kipufogószelep kinyílik, és a gáz kiürül. A visszaállítási szakaszban a membrán visszatér kiinduló helyzetébe, felkészülve a következő szívóciklusra.