靠隔膜在气缸中作往复运动来压缩和输送气体的往复压缩机。隔膜沿周边由两限制板夹紧并组成气缸，隔膜由机械或液压驱动在气缸内往复运动，从而实现对气体的压缩和输送。采用橡胶或塑料制的隔膜且由机械驱动的压缩机，只适用于排气量为数立方米每小时和排气压力为1.2兆帕左右的场合,一般制成为单级或两级的。

采用金属隔膜并由液力驱动的压缩机比较常见,其排气量可达100米3/小时，多级压缩的排气压力可超过 100兆帕，适用于各种气体的输送和加压，也可用作无油润滑压缩机之后的增压压缩机。金属隔膜的厚度一般取0.3~0.5毫米。隔膜的寿命取决于选用的材料及其表面粗糙度。由于液压驱动的运动质量较大，液压部分的活塞平均速度只能取2米/秒,因而机器的转速通常在300~500转/分的范围内。隔膜压缩机的气缸工作容积表面积与气缸体积的比值比往复活塞压缩机大得多，气体的压缩接近于等温过程，故每级的压力比可高达25。隔膜压缩机由于气缸密封性好，压缩的气体不受污染，适合于小排气量时的各种用途。如用作小型供气装置、气动调节器、水族馆饲养池的通气装置，以及化学工业中无油、有毒、有腐蚀性、贵重的或有放射性气体的输送和加压。

隔膜式压缩机是一种特殊结构的容积式压缩机，是气体压缩领域中级别最高的压缩方式，这种压缩方式没有二次污染，对被压缩气体有非常好的保护，具有压缩比大、密封性好、压缩气体不受润滑油和其它固体杂质所污染的特点。因此适于压缩高纯度、稀有贵重、易燃易爆、有毒有害、具有腐蚀性以及高压等气体，国际上通常指定这种压缩方式进行压缩高纯气体、易燃易爆气体、有毒气体、氧气等。