油氣彈簧在密閉的容器中充入壓縮氣體和油液，利用氣體的可壓縮性實現彈簧作用的裝置稱油氣彈簧。油氣彈簧以惰性氣體(氮氣)作為彈性介質，用油液作為傳力介質，壹般是由氣體彈簧和相當於液力減振器的液壓缸所組成的。
根據結構的不同，油氣彈簧分為單氣室、雙氣室以及兩級壓力式等三種形式。
單氣室油氣彈簧又分為油氣分隔式和油氣不分隔式兩種(如圖2所示)，前者可防止油液乳化，且便於充氣。 單氣室油氣分隔式油氣彈簧(見圖2a)，其球形氣室固定在工作缸4 上，其內腔用橡膠油氣隔膜2 隔開，壹側充入高壓氮氣，構成氣體彈簧；另壹側與工作缸的內腔相通，並充滿了工作介質(減振油液)，相當於液力減振器。油氣隔膜的作用在於把作為彈性介質的高壓氮氣和工作液分開，以避免工作液乳化，同時也便於充氣和保養。在球形氣室上裝有充氣閥。油氣彈簧上端的球形氣室和下端的活塞分別通過上、下球座固定在車架和車橋上。
當載荷增加時，車架與車橋之間的距離縮短，活塞5 上移使充滿工作液的內腔容積減小，迫使工作液推動油氣隔膜2 向具有壹定壓力的氮氣室移動，使氣室容積減小，氮氣壓力升高，彈簧剛度增大，車架下降緩慢。當外界載荷等於氮氣壓力時，活塞便停止上移，這時車架與車橋的相對位置不再變化，車身高度也不再下降。
當載荷減小時，油氣隔膜在高壓氮氣壓力的作用下向油室壹側移動，推動活塞下移，從而使彈簧剛度減小，車架與車橋之間距離變長，車架上升減緩，當外部載荷與氮氣壓力相平衡時，活塞停止下移，車身高度也不再上升。
由於氮氣儲存在密閉的球形氣室內，其壓力隨外載荷的大小而變化，故油氣彈簧具有變剛度的特性，同時又起液力減振器的作用。 單氣室油氣不分隔式油氣彈簧(見圖2b)其缸體4的上端和活塞的下端分別固定在車架和車橋上。活塞的上面有壹油層，既可以潤滑活塞又可以作為氣室的密封。油層上方的空間即為高壓氣室，其中充滿高壓氮氣，氣體和工作油液間沒有任何隔離裝置。
當載荷增加時，活塞在工作缸體內向上移動，高壓氣室容積縮小，氮氣被進壹步壓縮，此時油壓升高。當載荷減小時(伸張行程)，活塞向下移動，高壓氣室的容積增大，氣體壓力和油壓都下降。
空氣彈簧和油氣彈簧都同螺旋彈簧壹樣，只能承受軸向載荷，因此氣體彈簧懸架中必須設置縱向和橫向推力桿等導向機構，同時還必須設有減振器。
氣體彈簧可以通過專門的高度控制閥自動調節氣室中的原始充氣壓力，以調節車身與地面的高度。