ปั๊มลูกสูบเป็นอุปกรณ์ที่จำลองตามเครื่องยนต์ขนาดเล็ก แทนที่จะใช้กระบอกสูบเพื่อผลิตพลังงานปั๊มลูกสูบจะใช้กระบอกสูบเพื่อปั๊มอากาศของเหลวหรือการรวมกันของทั้งสอง การตั้งค่าทั่วไปใช้มอเตอร์ไฟฟ้าหรือมอเตอร์ชนิดอื่นที่หมุนเพลาข้อเหวี่ยงของปั๊มลูกสูบผ่านชุดสายพานและรอก ในขณะที่ปั๊มหมุนตัวถังจะบังคับอากาศหรือของเหลวให้เข้าสู่ถังเก็บเพื่อใช้ในภายหลัง บ่อยครั้งที่ทำจากเหล็กหล่อปั๊มลูกสูบเป็นปั๊มที่ออกแบบมาอย่างทนทานที่สุด
การใช้ลูกสูบและแหวนลูกสูบคล้ายกับที่พบในเครื่องยนต์เบนซินปั๊มลูกสูบทำงานในลักษณะที่คล้ายคลึงกับเครื่องยนต์ขนาดเล็ก เมื่อลูกสูบถูกดึงลงไปในกระบอกสูบอากาศหรือของเหลวจะถูกดูดเข้าไปในวาล์วไอดี เมื่อลูกสูบเคลื่อนที่ไปด้านบนของกระบอกสูบอากาศหรือของเหลวจะถูกผลักออกจากวาล์วไอเสียและเข้าไปในถังสำรองหรือถังเก็บ ปั๊มลูกสูบทั่วไปประกอบด้วยสวิตช์ความดันซึ่งจะปิดมอเตอร์เมื่อถึงแรงดันอากาศที่กำหนดไว้ล่วงหน้าในถังเก็บ
ขนาดของปั๊มลูกสูบมักจะถูกกำหนดโดยขนาดและจำนวนกระบอกสูบที่ปั๊มประกอบด้วยเช่นเดียวกับคะแนนแรงม้าของมอเตอร์ที่จ่ายกำลังให้กับปั๊ม ในขณะที่ปั๊มส่วนใหญ่ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ไฟฟ้า แต่ปั๊มส่วนใหญ่ขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์เบนซินดีเซลและโพรเพน การออกแบบเครื่องสูบน้ำอาจเป็นทรงกระบอกขึ้นและลงแบบตรงปั๊มแบบกำหนดค่า V หรือปั๊มแบบเรเดียล โดยทั่วไปแล้วปั๊มแบบเรเดียลจะให้ผลดีที่สุดและปั๊มในปริมาณที่มากที่สุด
ด้านลบของการออกแบบเครื่องสูบน้ำคือความร้อนจำนวนมากเกิดจากแรงเสียดทานที่เกิดจากกระบอกสูบเร่งขึ้นและลงผนังกระบอกสูบ ผลพลอยได้จากความร้อนนี้คือการควบแน่นของน้ำ เมื่อใช้ในการปั๊มอากาศน้ำเป็นอันตรายต่อการทำงานส่วนใหญ่ที่ดำเนินการโดยใช้เครื่องอัดอากาศ ในความพยายามที่จะลดปริมาณน้ำที่ผลิตโดยปั๊มชนิดลูกสูบตัวกรองน้ำและกับดักจะถูกใช้ทั้งก่อนและหลังอากาศถูกนำไปยังถังเก็บ
ข้อได้เปรียบในการใช้การออกแบบเครื่องสูบแบบลูกสูบคือเครื่องสูบน้ำสามารถกู้คืนอากาศได้อย่างรวดเร็ว เครื่องมือทางอากาศจำนวนมากเช่นแซนเดอร์และสว่านใช้ปริมาณอากาศมากเกินไป หากไม่ใช่สำหรับการออกแบบและความสามารถของปั๊มลูกสูบเครื่องมือเหล่านี้สามารถระบายอากาศสำรองทั้งหมด
