首先，環境空氣被壓縮機吸入制氧機，經過過濾器去除灰塵、水汽等雜質后被壓縮到一定壓力。然后，壓縮空氣進入裝有分子篩的吸附塔。分子篩是一種具有特殊微孔結構的吸附劑，在壓力作用下，它對氮氣有很強的吸附能力，而對氧氣的吸附能力較弱。

當壓縮空氣通過吸附塔時，氮氣被分子篩大量吸附，氧氣則穿過吸附劑得以富集，從而在吸附塔的出口處得到較高純度的氧氣。隨著吸附過程的持續，分子篩吸附氮氣逐漸達到飽和狀態。

此時，通過降低吸附塔內的壓力，使被吸附的氮氣從分子篩中解吸出來，這一過程稱為再生。通常，PSA 醫用制氧機采用雙吸附塔或多吸附塔系統，利用閥門的切換，讓一個吸附塔在吸附產氧時，另一個（些）吸附塔進行解吸再生操作，如此循環交替進行。最后，富集得到的氧氣經過一些必要的后處理，如調節壓力、進一步除濕等，就可以得到符合醫用標準、濃度較高（一般在 90% 以上）且流量穩定的氧氣，供患者使用。