高壓充氣泵的工作原理主要是通過葉輪的旋轉來實現的。其葉輪邊緣帶有多個葉片，當葉輪旋轉時，由于離心作用，葉片中的空氣被快速地往外緣方向運動，傳輸能量，風壓被快速疊加，從而形成高壓或高吸力。

當空氣被風道重新導入葉輪后，將再次被加速，由于多個葉片傳轉能量，風壓持續疊加，最終產生高壓。

高壓充氣泵的工作還與馬達的運轉相關。抽氣時，連通器的閥門被大氣的氣壓沖開，氣體進入氣筒；而向輪胎打氣時，閥門又被氣筒內的氣壓關閉，氣體就進入輪胎，這也是利用了大氣壓的原理。

此外，一些高壓充氣泵無論何種原因造成保壓回路壓力下降，增壓泵將自動啟動，補充泄漏壓力，保持回路壓力恒定。并且在工作時，增壓泵迅速往復工作，隨著輸出壓力的增高，泵的往復減慢直至停止，此時泵的壓力恒定，能量消耗低，各部件停止運動。

高壓充氣泵還采用了一系列的設計來保障其性能和安全。比如環形高壓鼓風機利用再生原理設計，單段風葉徑小，風量增速，產生高風壓特性，免保養、無油氣、壽命長。它攻克了風機在啟動時電流過大而導致風機損壞的現象。同時，采用氣體驅動，無電弧及火花，可用于有易燃、易爆的液體或氣體場所，操作安全。

為了保持工作效率，高壓充氣泵通常配備冷卻系統。高壓氣體或液體在壓縮過程中會產生大量的熱量，如果不及時散熱，可能導致設備過熱并損壞。因此，冷卻系統通過循環冷卻劑或水來控制溫度，確保其正常運行。