活塞式制冷壓縮機的實際下作過程比較復雜，一般可概括為壓縮、排氣、膨脹、吸氣四個過程。
1)壓縮過程 當活塞處于最下端位置(稱為內止點或下止點)時，氣缸內充滿了從蒸發器吸入的低壓制冷劑蒸氣，吸氣過程結束。活塞在曲軸一連桿機構的帶動下開始向上移動，此時吸氣閥關閉，氣缸工作容積逐漸減小，處于氣缸內的氣體受壓縮，溫度和壓力逐漸升高。氣體在氣缸內從吸氣時的低壓升高到排氣壓力的過程稱為壓縮過程。
2)排氣過程 活塞繼續向上移動，當氣缸內氣體的壓力升高至略高于排氣腔中氣體的壓力時。排氣閥開啟，缸內高壓蒸氣在定壓下排出氣缸，直到活塞到達最上端位置(稱為外止點或上止點)時排氣過程結束。
3)膨脹過程 活塞在氣缸內往復運動時，活塞上端點與氣缸頂部并不完全重合，而是留有一定的間隙用以保證其運行的安全可靠，此間隙被稱為余隙容積。由于余隙容積的存在，活塞運動到上止點時，排氣終止，氣缸內還保留一小部分的高壓氣體無法排出。當活塞反向運動時，只有當這部分高壓氣體膨脹到壓力稍低于吸氣口壓力時，吸氣閥才會開啟，低壓的氣態制冷劑才能開始進入氣缸。因此，在吸氣之前，會存在余隙容積內的高壓氣體的膨脹過程，并且這一膨脹過程會減少氣缸的有效工作容積。
4)吸氣過程 隨著活塞向下運動，余隙容積內的高壓氣體的膨脹過程結束，然后開始吸氣過程，低壓氣體被吸入氣缸中，直到活塞運動到下止點的位置。
這樣，活塞式制冷壓縮機的曲軸每旋轉一圈，活塞往返一次，就有一定量的低壓氣態制冷劑被吸入，并被壓縮為高壓氣體排出氣缸。
