Основна карактеристика мембранског компресора је његова употреба флексибилне дијафрагме за потпуну изолацију гаса од механичких делова компресора, обезбеђујући високу чистоћу гаса и спречавајући цурење и контаминацију. Због тога је погодан за компримовање високо-редких, вредних, запаљивих, експлозивних, токсичних, штетних, корозивних гасова и гасова под високим{2}}притиском.

Принцип рада мембранског компресора заснива се на ланцу преноса енергије „хидрауличног погона - деформације дијафрагме - компресије гаса. Радни циклус мембранског компресора укључује четири фазе: усис, компресију, издув и ресетовање. Током усисавања, дијафрагма се помера према хидрауличној комори, повећавајући запремину гасне коморе и стварајући негативан притисак, увлачећи гас кроз усисни вентил. Током компресије, дијафрагма се креће у супротном смеру, смањујући запремину гасне коморе, компресујући гас и постепено повећавајући притисак. Током издувавања, када притисак гаса достигне подешену вредност, издувни вентил се отвара, а компримовани гас се испушта. Током ресетовања, дијафрагма се помера назад ка хидрауличној комори, припремајући се за следећи циклус. У сваком радном циклусу, хидраулично уље треба да се допуни у уљну комору помоћу уљне пумпе да би се одржао потребан притисак уља.

Пошто је однос површине радне запремине цилиндра према запремини цилиндра мембранског компресора много већи од оног код клипног компресора, компресија гаса је блиска изотермном процесу, тако да однос притиска сваке фазе може бити чак 25.