在隔膜泵的两个对称工作腔中，各装有一块有弹性的隔膜，连杆将两块隔膜结成一体。压缩空气从泵的进气接头进入空气阀室后，推动一个工作腔内的隔膜，驱动连杆连接的隔膜同步运动。与此同时，另一个工作腔中的气体则从其隔膜的背面排出泵外。当活塞达到行程终点，阀机构则自动将压缩空气引入另一个工作腔，推动隔膜泵朝反向运动，这样就形成了两个隔膜的同步往复运动。每个工作腔中又设置两单向球阀，隔膜的往复运动，造成工作腔内容积的改变，迫使两个单向球阀交替的开启和关闭，从而使液体连续的吸入和排出。