Рад мембранског компресора може се поделити у четири фазе: усис, компресија, издув и ресетовање. Током фазе усисавања, дијафрагма се помера на једну страну, повећавајући запремину компресијске коморе и стварајући негативан притисак. Гас се затим увлачи у комору за компресију кроз усисни вентил.

Током фазе компресије, дијафрагма се помера у супротном смеру, смањујући запремину коморе за компресију. Гас се компресује, а притисак се повећава. Када притисак гаса достигне притисак отварања издувног вентила, издувни вентил се отвара и гас се испушта. У фази ресетовања, дијафрагма се враћа у почетни положај, припремајући се за следећи циклус усисавања.