Pompa piston adalah perangkat yang dimodelkan setelah mesin kecil. Alih-alih menggunakan silinder untuk menghasilkan tenaga, pompa piston menggunakan silindernya untuk memompa udara, cairan atau kombinasi keduanya. Pengaturan tipikal menggunakan motor listrik atau jenis lain yang memutar poros engkol pompa piston melalui konfigurasi sabuk dan katrol. Saat pompa berputar, silinder memaksa udara atau cairan ke dalam tangki penyimpanan untuk digunakan di lain waktu. Seringkali terbuat dari besi tuang, pompa piston adalah salah satu pompa yang dirancang paling tahan lama.
Menggunakan piston dan ring piston sama seperti yang ditemukan di mesin bensin, pompa piston beroperasi dengan cara yang mirip dengan mesin kecil. Saat piston ditarik ke dalam silinder, udara atau cairan tersedot masuk melalui katup masuk. Saat piston bergerak menuju bagian atas silinder, udara atau cairan didorong keluar dari katup buang dan masuk ke tangki cadangan atau penyimpanan. Pompa piston tipikal berisi sakelar tekanan yang mematikan motor setelah jumlah tekanan udara yang telah ditentukan telah tercapai di tangki penyimpanan.
Ukuran pompa piston biasanya ditentukan oleh ukuran dan jumlah silinder yang dikandung pompa, serta peringkat tenaga kuda dari motor yang menggerakkan pompa. Sementara sebagian besar pompa ditenagai oleh motor listrik, banyak pompa ditenagai oleh mesin berbahan bakar bensin, diesel, dan propana. Desain pompa dapat berupa silinder lurus ke atas dan ke bawah, pompa berkonfigurasi V, atau pompa radial. Pompa desain radial biasanya yang paling produktif dan memompa jumlah material terbesar.
Aspek negatif dari desain pompa adalah bahwa sejumlah besar panas dihasilkan dari gesekan yang dihasilkan oleh silinder yang mempercepat naik turunnya dinding silinder. Produk sampingan dari panas ini adalah kondensasi air. Ketika digunakan untuk memompa udara, air merupakan kerugian bagi sebagian besar operasi yang dilakukan dengan menggunakan kompresor udara. Dalam upaya untuk mengurangi jumlah air yang dihasilkan oleh pompa tipe piston, filter dan perangkap air digunakan sebelum dan sesudah udara dimasukkan ke tangki penyimpanan.
Keuntungan menggunakan desain pompa piston adalah pompa memulihkan udara dengan sangat cepat. Banyak alat udara, seperti sander dan bor, menggunakan jumlah udara yang sangat tinggi. Jika bukan karena desain dan kemampuan pompa piston, alat ini bisa menguras seluruh suplai udara cadangan.