空气中的主要成分是氮和氧，利用环境温度下，空气中的氮气和氧气在沸石分子筛（ZMS）上的吸附性能不同（氧气能通过而氮气被吸附），设计适当的工艺过程，而使氮和氧分离得到氧气。氮气在沸石分子筛上的吸附能力比氧气强（氮与分子筛表面离子的作用力强），当空气在加压状态下通过装有沸石分子筛吸附剂的吸附床时，氮气被分子筛吸附，氧气因吸附较少，在气相中得到富集并流出吸附床，使氧气和氮气分离获得氧气。当分子筛吸附氮气至饱和后，停止通空气并降低吸附床的压力，分子筛吸附的氮气变解析出来，分子筛得到再生并可重复使用。两个以上的吸附床轮流切换工作，便可连续生产出氧气。
氧气和氮气的沸点接近，两者很难分离，一起在气象得到富集。因此变压吸附制氧装置通常只能获得90-95%的氧气（氧的极阴浓度为95.6%，其余为氩气）又称富氧。与深冷空分装置相比，后者能制成99.5%以上浓度的氧气。
