Les moteurs à palettes sont constitués essentiellement d'un rotor tournant dans une perforation excentrée du cylindre de rotor. Les palettes forment des chambres de travail, dont le volume augmente dans le sens de rotation. A mesure que l'air comprimé se dilate, l'énergie de pression est transformée en énergie cinétique, induisant le mouvement de rotation.

Les moteurs pneumatiques conçus pour tourner dans une seule direction ont un angle de rotation plus grand pour laisser l'air se détendre. Les moteurs à palettes non réversibles atteignent ainsi un rendement et des régimes plus élevés que les moteurs pneumatiques réversibles.