在气动双隔膜泵的两个对称作业腔中中各装有一块隔膜，由中心联杆将其连结成一体。压缩空气从气动双隔膜泵的进气口进入配气阀，经过配气机构将压缩空气引进其中一腔，推进腔内隔膜运动，而另一腔中气体排出。一旦抵达行程终点，配气机构主动将压缩空气引进另一作业腔，推进隔膜朝相反方向运动，从而使两个隔膜接连同步地往复运动。
在下图所示中压缩空气由进入配气阀，使气动双隔膜泵膜片向右运动，则室的吸力使介质由进口流入，推进球阀进入室，球阀则因吸入而闭锁；室中的介质则被挤压，推开球阀由出口流出，同时使球阀闭锁，防流，就这样循环往复使介质不断从进口处吸入，出口处排出。