制氮机的工作原理主要基于 变压吸附技术（Pressure Swing Adsorption, PSA），利用碳分子筛对氧和氮的吸附速率不同，从而实现氮氧分离。具体来说，当压缩空气通过装有吸附剂的吸附塔时，氧分子被优先吸附在吸附剂表面，而氮分子则由于较大的分子直径和较慢的扩散速度，相对较难被吸附。随着吸附过程的进行，氮气则被富集在吸附塔中，形成成品氮气。当碳分子筛吸附饱和后，吸附塔会进行再生，通过减压使吸附的氧气等杂质脱附，从而实现连续供应氮气。
此外，制氮机还可以采用膜分离技术，通过半透膜的孔隙大小来筛选分子，实现氮氧分离。空气经过压缩机压缩过滤后进入高分子膜过滤器，由于各种气体在膜中溶解度和扩散系数不同，导致不同气体在膜中相对渗透速率不同，从而实现氮气和氧气的分离。
在实际应用中，制氮机通常采用变压吸附技术，因为它具有操作简便、能耗低、自动化程度高等优点，适用于各种规模的氮气生产需求。