氧气充填泵的工作原理是通过柱塞在压缩机上的连续往复运动，完成充气瓶的充氧工作。第一级和第二级气缸的两端都装有吸气阀和排气阀，它们控制气流的方向。进气门和排气门的质量对充气效率有着重要的影响。

当第一级柱塞向下移动时，第一级气缸中的气体膨胀，压力降低。当一级缸内压力低于氧气瓶压力时，一级吸入阀自动打开，气体从气源瓶流入一级缸；当一级柱塞向上移动时，缸内气体被压缩，压力升高。当压力大于二级气缸内的气体压力时，一级气缸的排气阀和吸入阀均打开，一级气缸中的气体流入二级气缸；当二级气缸中的柱塞向上移动时，二级气缸中的气体被压缩压力会增加。当压力大于充气瓶内气体压力时，通过两级排气阀，经气水分离器上的单向阀和充气开关流入充气瓶，完成一次充气。

充氧泵用于将气源瓶内的氧气加压到另一个气瓶中，使气瓶内的氧气达到所需的压力值。也适用于氧气、氮气等。

氧气充填泵主要作用是从大气瓶中抽出氧气，充入小容积氧气瓶，使小气瓶升到额定压力。例如，压缩氧自救器中的氧气，在使用后可以用这种工具进行充氧，以便循环使用。充氧泵主要用于给矿山救援队的氧气瓶充注氧气呼吸器和压缩氧自救器。也可用于化工、石油、医疗、消防等相关综合站的充氧。