כאשר בלם פנאומטי פועל, גז בלחץ נכנס לצילינדר, דוחף את הבוכנה וגורם לרפידות החיכוך ליצור קשר עם דיסק הבלם, יוצר מומנט בלימה ומשיג בלימה. דוושת הבלמים שולטת באספקת האוויר הדחוס לבלמי הגלגלים.
למערכת הבלימה הפנאומטית יש מבנה מורכב, כולל צילינדר ראשי, צילינדרים מונעים, קווי בלמים, משאבת אוויר, מיכל אוויר, בקר לחץ גבוה-, שסתום ממסר ורכיבים נוספים.
בלמים פנאומטיים פועלים בדרך כלל במהירות של 0.6-0.8 MPa, מספקים מומנט בלימה גדול יותר ומציעים תפעול קל. הם נמצאים בשימוש נרחב במשאיות כבדות, אוטובוסים וכלי רכב גדולים אחרים.
בלמים פנאומטיים מציעים יתרונות כגון מומנט בלימה גבוה, תגובה מהירה ועליונות ייחודית בחלוקת בלימה אסינכרונית עבור כלי רכב עם-בסיס גלגלים ארוך ורב-סרנים; עם זאת, המבנה שלהם מורכב יחסית, הבלימה אינה חלקה כמו בלמים הידראוליים, ונוחות הנסיעה נחותה.
