气动隔膜泵之动作原理参考下图。图中左右两边各有一隔膜室，每一个隔膜室各有一软质之隔膜在中间将隔膜室中的压送室及空气驱动部（空气室）隔开并封闭起来。当压缩空气进入隔膜室中的空气室时，隔膜即受压往外推出，形成压送行程，在压送室的流体即受压经上止回阀、汇流管，而后由泵出口流出。由于两片隔膜中间已隔膜连杆相连，当一边的隔膜往外推出向外压送流体的同时，另一边隔膜即向内收缩，进行相反的吸液行程，使相对的空间充满液体。当隔膜到达行程终点之后，泵内之空气分配阀将自动切换位置，使空气得以切换进入另一隔膜室（空气室），反向重复上述动作；两边的隔膜室将因此呈现交替的压送及吸液动作。