雙作用氣缸一般由缸筒、前缸蓋、后缸蓋、活塞、活塞桿、密封件和緊固件等零件組成，缸筒與前后缸蓋之間由四根螺桿將其緊固鎖定。缸內有與活塞桿相連的活塞，活塞上裝有活塞密封圈。為防止漏氣和外部灰塵的侵入，前缸蓋上裝有活塞桿密封圈和防塵密封圈。這種雙作用氣缸被活塞分成兩個腔室：有桿腔（簡稱頭腔或前腔）和無桿腔（簡稱尾腔或后腔）。有活塞桿的腔室稱為有桿腔，無活塞桿的腔室稱為無桿腔。

從無桿腔端的氣囗輸入壓縮空氣時，若氣壓作用在活塞左端面上的力克服了運動摩擦力、負載等各種反作用力，則當活塞前進時，有桿腔內的空氣經該端氣囗排出，使活塞桿伸出。同樣，當有桿腔端氣囗輸入壓縮空氣時，活塞桿縮回至初始位置。通過無桿腔和有桿腔交替進氣和排氣，活塞桿伸出和縮回，氣缸實現往復直線運動。

氣缸缸蓋上未設置緩沖裝置的氣缸稱為無緩沖氣缸，缸蓋上設置緩沖裝置的氣缸稱為緩沖氣缸。緩沖裝置由緩沖節流閥、緩沖柱塞和緩沖密封圈等組成。當氣缸行程接近終端時，由于緩沖裝置的作用，可以防止高速運動的活塞撞擊缸蓋的現象發生。