气泵的工作原理基于气体压缩与能量转换的物理过程，通过机械运动将外部能量转化为气体压力能。动力源驱动压缩机构运转，常见形式包括活塞往复运动、转子旋转或膜片振动。当压缩组件向外运动时，腔室容积增大形成负压，外界空气通过进气单向阀被吸入；压缩组件向内运动时，腔室容积减小，气体分子间距缩小，压力升高，排气单向阀开启，高压气体被输送至储气装置或用气设备。

能量转换贯穿气泵工作全程，电动气泵将电能转化为电机旋转机械能，再通过曲柄连杆机构转化为活塞直线运动机械能；手动或脚动气泵则直接将人体生物能转化为机械能。机械能作用于气体时，通过压缩做功使气体内能增加，表现为压力升高和温度上升，部分能量通过散热系统以热能形式散失，剩余能量以压力能形式存储于压缩气体中，为气动工具、医疗设备等提供动力支持。