Поршневой насос перемещает жидкость за счёт циклического изменения объёма рабочей камеры — цилиндра с поршнем внутри. При ходе поршня назад в цилиндре создаётся разрежение, открывается всасывающий клапан, и жидкость заходит внутрь. При обратном ходе давление в камере растёт, всасывающий клапан закрывается, а нагнетательный открывается — жидкость выталкивается в напорный трубопровод.
Из-за такого цикла подача у одноцилиндрового насоса получается прерывистой, пульсирующей, а не равномерной, как у центробежного. Чтобы сгладить пульсацию и поднять производительность, применяют насосы двойного действия или собирают несколько цилиндров в одном агрегате — тогда ходы поршней смещены по фазе и подача выравнивается.
Поршень — деталь с уплотнительными кольцами по краю, которая сама герметизирует цилиндр при движении. Плунжер устроен иначе: это гладкий цилиндрический шток без уплотнений на своей поверхности, а герметичность обеспечивает отдельный сальник в корпусе насоса, через который шток проходит. За счёт этого плунжерные насосы легче переносят высокое давление и чаще применяются там, где нужны десятки и сотни атмосфер, а не единицы.
Обычный поршневой насос приводит в движение электродвигатель через кривошипно-шатунный механизм — так устроено большинство промышленных и бытовых моделей для воды. Отдельная категория — пневматические поршневые насосы, которые работают от сжатого воздуха вместо электричества. Их часто делают в бочковом исполнении для перекачки из стандартных 200-литровых бочек и применяют там, где рядом с насосом нежелательно тянуть электропитание — во взрывоопасных зонах или в цехах с химически агрессивной средой.
Выбор насоса объёмного типа вместо центробежного обычно диктует свойство самой жидкости — прежде всего вязкость. Для маловязких сред вроде чистой воды чаще берут центробежные насосы, а поршневые и плунжерные предпочтительны, когда жидкость гуще и требует более настойчивого перемещения — так подбирают оборудование в пищевой промышленности, химическом производстве и нефтегазодобыче.