VPSA制氧系統主要有鼓風機、真空泵、切換閥、吸附器和氧氣緩沖罐組成。原料空氣經吸入口過濾器除掉灰塵顆粒后，被羅茨鼓風機增壓至0.45barg而進入其中一只吸附器內。吸附器內裝填吸附劑，其中水分、二氧化碳、及少量其他氣體組分在吸附器入口處被裝填于底部的活性氧化鋁所吸附，隨后氮氣被裝填于活性氧化鋁上不的沸石分子篩所吸附。而氧氣（包括氬氣）為非吸附組分從吸附器頂部出口處作為產品氣排至氧氣緩沖罐。
當該吸附器吸附到一定程度，其中的吸附劑將達到飽和狀態，此時通過切換閥，首先經過一均壓降壓過程，將吸附塔死空間內的部分氧氣回收，同時將吸附塔壓力降至微負壓，再利用真空泵對之進行抽真空（與吸附方向相反），真空度為-0.50barg。已吸附的水分、二氧化碳、氮氣及少量其他氣體組會被抽出并排至大氣，吸附劑得到再生。
VPSA的每個吸附器都交替執行以下步驟：——吸附——解吸——沖壓