Il polmone d'acciaio è costituito da un cilindro stagno collegato ad una pompa, nel quale viene ospitato il paziente sdraiato supino; la testa che rimane fuori è bloccata da un collare di gomma che impedisce il passaggio di aria. Quando la pompa si aziona, l'aria viene delicatamente aspirata fuori creando così un vuoto parziale all'interno del respiratore. L'aria quindi tenta di colmare il vuoto entrando dalle uniche aperture che riesce a trovare: narici e bocca. In questo modo il paziente riesce a inspirare grazie a un'espansione indotta della gabbia toracica. Questa fase viene chiamata a pressione negativa. Nella fase contraria, ossia a pressione positiva, la pompa permette all'aria di rientrare nel polmone d'acciaio. Questo aumento di pressione fa sì che la gabbia toracica si contragga permettendo al paziente di espirare. Quindi, alternando periodicamente la pressione, il polmone d'acciaio simula la respirazione fisiologica. La pompa è azionata da un motore elettrico e quando questo si rompe l'aria viene pompata a mano attraverso dei mantici di gomma, collegati al polmone da tubature.