Để có được sự hiểu biết sâu sắc hơn về nguyên tắc làm việc của máy nén khí, trước tiên cần phải thành thạo kiến thức cơ bản về nhiệt động lực học. Quá trình làm việc của máy nén khí liên quan đến nhiều định luật vật lý, trong đó luật nhiệt động và luật khí đặc biệt quan trọng.
Định luật nhiệt động lực học đầu tiên, còn được gọi là Định luật bảo tồn năng lượng, tuyên bố rằng năng lượng không phát sinh cũng không biến mất khỏi không khí mỏng, mà chỉ biến đổi từ hình thức này sang dạng khác. Trong quá trình hoạt động của máy nén khí, năng lượng điện được chuyển đổi thành năng lượng cơ học, sau đó được nén vào không khí để tạo ra năng lượng nhiệt.
Luật khí của Boyle và luật khí của Charlie rất quan trọng để hiểu nguyên tắc làm việc của máy nén. Luật khí của Boyle nói rằng trong các điều kiện nhiệt độ không đổi (đẳng nhiệt), sản phẩm của thể tích và áp suất của khí là một hằng số. Luật của Charlie quy định rằng nếu áp suất là không đổi (isobaric), tỷ lệ khối lượng bằng với tỷ lệ nhiệt độ.
Trong quá trình hoạt động của máy nén khí, nhiệt được tạo ra trong quá trình nén không khí có thể được phục hồi và sử dụng. Thông qua một hệ thống thu hồi năng lượng, năng lượng nhiệt này có thể được sử dụng để làm nóng nước hoặc các mục đích khác, làm giảm đáng kể mức tiêu thụ năng lượng. Đối với máy nén 400kW, nếu tốc độ thu hồi năng lượng đạt 90%, khoảng 150000 euro có thể được tiết kiệm hàng năm.
