直动式减压阀的工作原理是，当压力为P1的压缩空气从左端输入，经过阀口10的节流后，其压力会降低至P2并输出。P2的大小可以通过调整调压弹簧2、3和膜片5来调节。顺时针旋转旋钮1，弹簧和膜片会使阀芯8下移，增加阀口10的开度，从而增大输出压力P2。相反，逆时针旋转会使阀口开度减小，P2也随之下降。
当P1突然升高，膜片气室6内的压力上升，膜片5上的推力增大，打破平衡，膜片上移，部分气流经溢流孔12和排气孔11排出。复位弹簧9的作用使阀芯8也上移，关闭进气阀口，增加节流，使输出压力下降，直至达到新的平衡。同样，当输入压力下降时，输出压力会相应降低，膜片和阀芯会下移，开启阀口，减小节流，输出压力恢复。
在某些情况下，可选择不带溢流阀的减压阀，以避免气体对环境造成影响。对于需要高精度压力控制的场合，如蒸汽减压阀定值器，它通过直动式减压阀、恒压降装置和喷嘴挡板装置来实现精确的稳压。定值器在非工作状态下，压缩空气经过滤后进入各个气室，而在工作状态下，通过调节手柄，控制压力并输出稳定的压力。
自来水减压阀，其工作原理是采用控制阀体内的启闭件的开度来调节介质的流量，将介质的压力降低，与此同时借助阀后压力的作用调节启闭件的开度，使阀后压力保持在一定范围内，并在阀体内或阀后喷入冷却水，将介质的温度降低，所以这种阀门又被称为减压减温阀。