Een tuimelschijfcompressor dankt zijn naam aan de tuimelschijf die aan de hoofdas is bevestigd en die de heen en weer gaande beweging van de zuiger aandrijft. Omdat de heen en weer gaande beweging van de zuiger evenwijdig is aan de hartlijn van de aandrijfas, wordt deze ook wel een axiale zuigercompressor genoemd.
Een tuimelschijfcompressor bestaat hoofdzakelijk uit een tuimelschijf, hoofdas, dubbel-werkende zuiger, dubbel-werkende cilinder, stalen kogels, klepplaatsamenstel, cilinderkop en elektromagnetische koppeling.
De tuimelschijf is bevestigd aan de hoofdas van de compressor. De rand van de tuimelschijf past in een groef in het midden van de zuiger, en de zuigergroef en de rand van de tuimelschijf worden ondersteund door stalen kogellagers. Wanneer de hoofdas draait, roteert de tuimelschijf ook, en de rand van de tuimelschijf duwt de zuiger in een axiale heen en weer gaande beweging. Eén heen en weer gaande beweging van de zuiger voltooit de inlaat-, compressie- en uitlaatprocessen van de compressor. Als de tuimelschijf één keer draait, voltooien de twee zuigers aan de voor- en achterkant elk het inlaat-, compressie-, uitlaat- en expansieproces, vergelijkbaar met de werking van twee cilinders. Als de dwarsdoorsnede van het cilinderblok drie cilinders en drie dubbelwerkende zuigers gelijkmatig verdeelt, komt één rotatie van de hoofdas overeen met zes werkende cilinders. Vandaar de naam zescilinder-tuimelschijfcompressor. Op dezelfde manier heeft een tuimelschijfcompressor met tien-cilinders vijf cilinders en vijf dubbel-werkende zuigers.
Tuimelschijfcompressoren hebben geen krukas- en drijfstangmechanisme, wat resulteert in een compacte structuur, een goede balans en de mogelijkheid om op hogere snelheden te werken. Vergeleken met oscillerende compressoren zijn tuimelschijfcompressoren stiller en hebben ze geen anti-rotatietandwielparen nodig. De zuigers zijn ontworpen voor dubbel-werkend, waarbij het ene uiteinde lucht aanzuigt terwijl het andere uiteinde lucht uitblaast, waardoor de uitlaatpulsatie wordt verminderd en de noodzaak voor dynamisch balanceren wordt geëlimineerd.
Er bestaan tuimelschijfcompressoren met mechanismen met variabele verplaatsing, waarbij de verplaatsing kan worden geregeld door de hoek van de tuimelschijf aan te passen. Hun aandrijfmechanisme omvat een element met een verstelbaar kanteloppervlak, waarvan de hoek wordt geregeld door de druk in de drijfstangkamer, waardoor een traploze variabele verplaatsingsregeling wordt bereikt.