以壓縮空氣為原料，小型液氮機利用一種叫作碳分子篩的吸附劑對氮、氧的選擇性吸附，把空氣中的氮分離出來。碳分子篩對氮、氧的分離作用主要是基于氮、氧分子在分子篩表面的擴散速率不同，較小直徑的氧分子擴散較快，較多地進入分子篩固相；較大直徑的氮分子擴散較慢，較少進入分子篩固相，這樣，氮在氣相中得到富集。
一段時間后，分子篩對氧的吸附達到一定程度，通過減壓，被碳分子篩吸附的氣體被釋放出來，分子篩也就完成了再生。這是基于分子篩在不同壓力下對吸附氣體的吸附量不同的特點。變壓吸附制氮設備通常使用二個并聯的吸附器，交替進行加壓吸附和減壓再生，操作循環周期約2分鐘。
以空氣為原料，以碳分子篩作為吸附劑，小型液氮機運用變壓吸附原理，利用碳分子篩對氧和氮的選擇性吸附而使氮和氧分離的方法，通稱PSA制氮。此法是七十年代迅速發展起來的一種新的制氮技術。與傳統制氮法相比，它具有工藝流程簡單、自動化程度高、產氣快（15～30分鐘）、能耗低，產品純度可在較大范圍內根據用戶需要進行調節，操作維護方便、運行成本較低、裝置適應性較強等特點，故在1000Nm3/h以下制氮設備中頗具競爭力，越來越得到中、小型氮氣用戶的歡迎，PSA制氮已成為中、小型氮氣用戶的方法。
小型液氮機是一種傳統的制氮方法，已有近幾十年的歷史。它是以空氣為原料，經過壓縮、凈化，再利用熱交換使空氣液化成為液空。液空主要是液氧和液氮的混合物，利用液氧和液氮的沸點不同（在1大氣壓下，前者的沸點為-183℃，后者的為-196℃），通過液空的精餾，使它們分離來獲得氮氣。深冷空分制氮設備復雜、占地面積大，基建費用較高，設備一次性投資較多，運行成本較高，產氣慢（12～24h），安裝要求高、周期較長。綜合設備、安裝及基建諸因素，3500Nm3/h以下的設備，相同規格的PSA裝置的投資規模要比深冷空分裝置低20%～50%。深冷空分制氮裝置宜于大規模工業制氮，而中、小規模制氮就顯得不經濟。
以空氣為原料，在一定壓力條件下，利用氧和氮等不同性質的氣體在膜中具有不同的滲透速率來使氧和氮分離。和其它制氮設備相比它具有結構更為簡單、體積更小、無切換閥門、維護量更少、產氣更快（≤3分鐘）、增容方便等優點，小型液氮機特別適宜于氮氣純度≤98%的中、小型氮氣用戶，有功能價格比。而氮氣純度在98%以上時，它與相同規格的PSA制氮機相比價格要高出15%以上。
