整机工作原理是通过压缩机上的柱塞不断地往复运动来完成对待充气瓶的氧气充填工作，在一、二级气缸的两端均装有吸气阀、排气阀，其作用是控制气流的方向，吸、排气阀的质量对充气效率有较显著的影响。

当一级柱塞向下运动时，一级气缸内的气体随之膨胀，压力降低，当一级气缸内的压力低于大氧气瓶内气体的压力时，一级吸气阀自动开启，气体由气源瓶流入一级气缸内；当一级柱塞向上运动时，气缸内气体被压缩压力升高，当其压力大于二级气缸内气体压力时，一级气缸的排气阀和二级气缸的吸气阀均打开。

一级气缸内气体便流入二级气缸内；当二级气缸内柱塞向上运动时，二级气缸内的气体被压缩，压力升高，当其压力大于被充气瓶内气体压力时，经二级排气阀通过气水分离器上的单向阀、充气开关流入到被充气瓶内，即完成一次充气。氧气充填泵是专为各种氧气呼吸器,压缩氧自救器和各种需要充填氧气的设备充填氧气。