Cơ chế hoạt động của van an toàn như sau:
Ở trạng thái bình thường, nhờ lực ép của lò xo bên trong, van an toàn sẽ đóng kín. Khi áp suất khí nén tăng lên tới một mức độ nhất định , lực căng của lò xo không thắng được lực của khí nén tác dụng vào phía dưới, van an toàn sẽ ở trạng thái mở, khí nén sẽ thoát ra ngoài, giải tỏa áp suất trong thiết bị.
Trong máy nén khí trục vít và máy nén khí piston, van an toàn được lắp ngay trên bình chứa khí để đảm bảo quá trình xả áp được tức thời và tránh gây thiệt hại tới các bộ phận liên quan.
Trong quá trình sử dụng máy nén, người sử dụng phải định kỳ kiểm tra và vệ sinh van an toàn để đảm bảo van phải trong tình trạng hoạt động tốt, tránh tình trạng kẹt cứng.