膜分離技術依靠不同氣體在膜中溶解和擴散系數的差異而具有不同的滲透速度來實現氣體的分離。當混合氣體在驅動力一膜兩側壓力差作用下，滲透速度相當快的氣體如氧氣、氫氣、氦氣、硫化氫、二氧化碳等透過膜后，在膜的滲透側被富集，而滲透速度相當慢的氣體如氮氣、氬氣、甲烷和一氧化碳等唄滯留在膜的滯留側被富集從而達到混合氣體分離的目的。膜分離制氮機就是根據以上原理。以壓縮空氣為原料氣來提取較高純度的氮氣。
空氣分離是購買氮氣發生器的替代方案。在空氣分離設備中，可以將空氣分離為其基本成分。壓縮和過濾天然空氣，以去除任何雜質。壓縮空氣被加熱和冷卻，直到不同的元素達到沸點，然后分離出來。然后這些元素返回到氣態，此時它們就可以使用了。與氮氣發生器一樣，空氣分離設備也得益于使用氧氣分析儀來觀察氧氣含量。
氮氣發生器的工作原理是分離空氣，電解膜的負極側發生氧化反應，吃掉空氣中的氧化性氣體，在正極側還原，空氣流過電解池后就只剩下氮氣和惰性氣體，故國內發生器的純度大多標有“相對含氧量"，氮氣的純度和空氣流速，有效分解面的長度，電解電勢的強弱都有關系，這種分離方法也決定了氮氣的純度不可能做的很高。加入電解質的作用就是提高水的導電率，使電化學反應能順利進行。
發生器對色譜的影響有一點常常被忽略，就是發生器內的開關電源工作事會對電網電壓造成一定的干擾(壓縮機的啟動和停止也會)，所以色譜儀必須經過穩壓電源供電，當然不用穩壓電源的用戶極少。
對色譜來說，氮氣發生器產生了氮氣后，還需要脫水、脫氧(加脫水脫氧管)，否則會損害ECD檢測器。
對質譜來說，國內的氮氣發生器都無法達到很高的流量，所以，現在很多人都還使用液氮罐，來支持液質聯用需要的氮氣流量。
值得提醒的一點是：氮氣發生器只能在實驗室內或實驗室外很近的位置采集空氣作為氣源，而實驗室內空氣經常是受到污染的，其中的有機溶劑含量因為實驗前處理過程等原因(此外GC的洗針溶劑揮發，液相的流動相揮發)不可避免的超標。