活塞式制冷压缩机的实际下作过程比较复杂，一般可概括为压缩、排气、膨胀、吸气四个过程。
1)压缩过程 当活塞处于最下端位置(称为内止点或下止点)时，气缸内充满了从蒸发器吸入的低压制冷剂蒸气，吸气过程结束。活塞在曲轴一连杆机构的带动下开始向上移动，此时吸气阀关闭，气缸工作容积逐渐减小，处于气缸内的气体受压缩，温度和压力逐渐升高。气体在气缸内从吸气时的低压升高到排气压力的过程称为压缩过程。
2)排气过程 活塞继续向上移动，当气缸内气体的压力升高至略高于排气腔中气体的压力时。排气阀开启，缸内高压蒸气在定压下排出气缸，直到活塞到达最上端位置(称为外止点或上止点)时排气过程结束。
3)膨胀过程 活塞在气缸内往复运动时，活塞上端点与气缸顶部并不完全重合，而是留有一定的间隙用以保证其运行的安全可靠，此间隙被称为余隙容积。由于余隙容积的存在，活塞运动到上止点时，排气终止，气缸内还保留一小部分的高压气体无法排出。当活塞反向运动时，只有当这部分高压气体膨胀到压力稍低于吸气口压力时，吸气阀才会开启，低压的气态制冷剂才能开始进入气缸。因此，在吸气之前，会存在余隙容积内的高压气体的膨胀过程，并且这一膨胀过程会减少气缸的有效工作容积。
4)吸气过程 随着活塞向下运动，余隙容积内的高压气体的膨胀过程结束，然后开始吸气过程，低压气体被吸入气缸中，直到活塞运动到下止点的位置。
这样，活塞式制冷压缩机的曲轴每旋转一圈，活塞往返一次，就有一定量的低压气态制冷剂被吸入，并被压缩为高压气体排出气缸。
