气动薄膜式执行机构是指使用弹性膜片将输入气压转变为对推桿的推力，通过推桿使阀心产生相应的位移，改变阀的开度。气动活塞式执行机构以气缸内的活塞输出推力，由于气缸允许压力较高，可获得较大的推力，并容易製成长行程的执行机构。一个典型的气动薄膜执行机构主要由弹性薄膜、压缩弹簧和推桿组成。
它通常接受0.2×10~1.0×10Pa的标準压力信号，并转换成推力。气动薄膜式执行机构的输出是位移，它与信号压力的关係为当执行机构的规格确定后，A和K便为常数，因此执行机构的位移与信号压力成比例关係。当信号压力通入薄膜气室时，此压力乘上膜片的有效面积得到推力，使推桿移动，弹簧受压，直到弹簧产生的反作用力与薄膜上的推力相平衡为止。信号压力越大，推力越大，推桿的位移即弹簧的压缩量也就越大。推桿的位移範围就是执行机构的行程。推桿则从零走到全行程，阀门就从全开（或全关）到全关（或全开）。