I freni ad aria compressa sono un modo efficace per ridurre la velocità di un treno utilizzando aria compressa. Questi freni sono il mezzo principale per fermare treni, autobus e camion di grandi dimensioni. Usano un pistone caricato a molla che viene spinto dalla pressione dell'aria per applicare i freni. La pressione dell'aria è generata da un compressore azionato dal motore, che è regolato per garantire al sistema un'alimentazione d'aria costante. L'aria compressa viene immagazzinata in serbatoi d'aria ed è controllata dalle valvole di controllo del freno pneumatico (CCV) per applicare e rilasciare i freni. Un fondamento cilindro del freno pneumatico ha 6 componenti: il tubo del freno, la valvola di controllo dell'auto (CCV), i serbatoi dell'aria ausiliaria e di emergenza, un cilindro del freno e la valvola di ritegno.

L'aria nel sistema di alimentazione viene filtrata, essiccata, compressa e immagazzinata nei principali serbatoi d'aria. La pressione dell'aria viene mantenuta tra 130 e 140 psi. L'aria nei serbatoi dell'aria principale viene trasferita ai serbatoi dell'aria ausiliaria e di emergenza da una serie di valvole di controllo pneumatiche. Ogni carrozza del treno è dotata di un proprio serbatoio d'aria ausiliario. Il CCV, fissato alla staffa della tubazione del freno, ha 2 porzioni di valvola, Servizio ed Emergenza. Ha 3 funzioni: caricare i serbatoi ausiliari e di emergenza dalla condotta del freno, azionare l'impianto frenante e sbloccarlo.

Il CCV è un gruppo di valvole complesso, ma la funzione essenziale è mantenere la pressione dell'aria su ciascun veicolo durante una frenata. Questo è chiamato "mantenimento della pressione del tubo del freno". Impedisce che i serbatoi ausiliari e di emergenza si scarichino più velocemente di quanto il tubo del freno possa ricaricarli. Questo problema è una causa frequente di fuoriuscita dei treni. Un modo semplice per evitarlo è non utilizzare i freni del treno per lunghi pendii in discesa e applicarli solo una volta fino al punto in cui la pressione dell'aria nel tubo del freno scende a zero psi.

Nei sistemi tradizionali con tripla valvola, la posizione Lap del valore del piede scarica l'aria da un lato all'altro del pistone. Viene utilizzato solo in caso di emergenza, quando la tripla valvola rileva un improvviso calo della pressione dell'aria lungo il tubo del freno. Alcune valvole triple e distributori sono dotati di valvole sensore che rilevano un rapido calo della pressione dell'aria. Ciò aumenta la velocità con cui vengono applicati i freni, ma non si può fare affidamento su di esso per avviare un'applicazione di emergenza.

Su ogni vettura è previsto un serbatoio di emergenza che si ricarica dalla tubazione dei freni, ma non viene attivato fino all'apertura della valvola di emergenza. Alcuni treni sono inoltre dotati di una versione speciale della tripla valvola, chiamata distributore, che svolge la stessa funzione ma include una capacità di rilascio graduale che migliora il controllo dei freni. Questo non viene utilizzato sui moderni sistemi di frenatura pneumatica, che utilizzano un controllo della distribuzione dell'aria dotato di sensore per ottenere lo stesso effetto. Il controllo della distribuzione dell'aria è tipicamente apposto all'estremità del tubo del freno e presenta rubinetti angolari che vengono chiusi quando il veicolo è disaccoppiato.