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。
