隔膜式氣壓罐用于系統中時，當系統壓力大于預充氣體的壓力，在系統壓力的作用下，會有一部分工作介質進入氣囊內，直到氣囊外氮氣的壓力和系統的壓力達到平衡，當系統壓力升高再次大于預充氣體的壓力，又會有一部分介質進入囊內，壓縮囊和罐體間的氣體，氣體被壓縮壓力升高，當升高到跟系統壓力一致時，介質停止進入，反之，當系統壓力下降，系統內介質壓力低于囊和罐體間的氣體壓力，氣囊內的水會被氣體擠出補充到系統內，使系統壓力升高，直到系統工作介質壓力跟囊和罐體間的氣體壓力相等，囊內的水不再外系統補給，維持動態的平衡。
從結構上來看，隔膜式氣壓罐是由鋼質外殼，橡膠隔膜內膽構成的儲能器件，橡膠隔膜把水室和氣室完全隔開，當外界有壓力的水充入隔膜式氣壓水罐的內膽時，密封在罐內的空氣被壓縮，根據波義耳氣體定律，氣體受到壓縮后體積變小，壓力升高儲存能量，壓縮氣體膨脹可以將橡膠隔膜內的水壓出罐體。而普通氣壓罐則沒有橡膠隔膜內膽，而是直接在罐體內壁使用環氧樹脂等環保性材料防腐，工作原理一樣，都是通過空氣壓縮來控制的。