空壓機內部的一些轉動和滑動部分需要進行潤滑，從而保證這些部件的正常運轉。例如螺桿轉子端部的軸承、壓縮腔的轉子表面（指注油機，無油機的壓縮腔不需要進行潤滑）、增速齒輪箱部分都需要有潤滑油進行連續潤滑，這部分潤滑油還同時對轉動性進行冷卻，壓縮腔內的潤滑油除了上述的兩個作用外還可以防止高壓空氣倒流，從而起到密封作用。電機轉子端部的軸承有時也需要進行潤滑，這部分的潤滑常用潤滑脂。
一定注意必須選用產品說明書中所推薦的潤滑油、潤滑脂，否則可能會造成關鍵部件的損壞，關鍵部件的損壞會帶來很大的損失。注油機所用的潤滑油為壓縮油，無油機所用的潤滑油為渦輪機油。
潤滑油系統是一個循環流動的系統。潤滑油循環的動力是依靠油缸內建立的空氣壓力，所以在油缸的壓縮空氣排出口安裝有一個最小壓力閥，它保證油缸壓力達到定值（例如3.5?f/c?）后才會有壓縮空氣輸出，最小壓力閥的設置能夠使油缸迅速建立潤滑油循環所需要的壓力。對於無油機壓縮機（無油是指壓縮腔內不含油，軸承和增速齒輪部分需要有油來潤滑）來說，一般都設置一個獨立的油泵提供潤滑油所需要的動力，一般當油泵給潤滑油系統建立起一定的壓力（例如2.4?f/c?）后才起動主電機。
潤滑油是有損耗的，因此要定期檢查並添加潤滑油。油缸或油箱上一般都會設置油位標尺用於檢查潤滑油量，潤滑油添加的過多和過少都會帶來不良後果。我們的經驗是當空壓機運行時要保證潤滑油位高度在油位上限下方1厘米處。在給注油機的油缸添加潤滑油時必須把機器停掉，同時要確認油缸壓力已經降為零；在給無油機的油箱添加潤滑油時可以不停止空壓機，因為油箱的壓力為一個大氣體。
潤滑油是有壽命的，因為在高溫和高壓的環境下潤滑油會逐漸碳化。所以要定期對潤滑油進行更換，更換周期一般為 1200-3000運轉小時。
潤滑油在進行循環的過程中要隨時將碳化的雜質進行清除，常用的方法是在油路中設置機油過濾器。當然該機油過濾器的濾芯要定期進行更換，更換周期一般為1500-3000運轉小時。
潤滑油在進行循環時要保持一定的溫度，溫度過高會造成排氣溫度過高等一系列的問題，溫度過低會造成潤滑油中冷凝水的析出。所以在空壓機中設置了油冷卻器和溫度控制閥，顧名思義油冷卻器會對被加熱的潤滑油進行冷卻，冷卻的方法有空氣冷卻法和水冷卻法；溫度控制閥會防止潤滑油被過度冷卻，由它來控制送去進行冷卻的潤滑油量。
總之深入理解和應用潤滑系統的一些概念和經驗會使空壓機更可靠地工作，這也是每個銷售人員和維護人員對用戶應承擔的責任。
