Los cilindros neumáticos convierten la presión del aire en movimiento lineal. Son como pistones de automóviles, excepto que el pistón (y la biela) es empujado por una entrada de gas presurizado en lugar de una explosión de gasolina. El pistón debe volver a la posición inicial después de cada carrera. Si se usa un resorte para devolver el pistón, es un cilindro de acción simple. Si se usa presión de aire para devolver el pistón, es un cilindro de doble acción.
Los cilindros neumáticos de doble acción son más costosos que los cilindros neumáticos de acción simple, pero los cilindros de acción doble son superiores a los cilindros de acción simple en cualquier otra medida importante. Los cilindros de doble acción son más rápidos, más fuertes y usan menos energía para hacer el mismo trabajo. En aplicaciones industriales, se utilizan cilindros de acción simple si es posible, pero cuando la velocidad o la fuerza son importantes, se emplean cilindros de acción doble. Las aplicaciones incluyen abrir y cerrar válvulas y puertas, quitar cosas de las cintas transportadoras y poner cosas en las cintas transportadoras. También se utilizan para levantar y mover mercancías, así como para prensas y perforadoras.
Los cilindros neumáticos, incluidos los cilindros de doble acción, han sido un componente importante de los robots desde la introducción de los músculos artificiales de McKibben. Los brazos robóticos se mueven de una manera mucho más natural si los brazos están equipados con músculos que se asemejan a los del brazo humano. Los músculos artificiales de McKibben consisten en tubos de goma encerrados en una malla metálica. Cuando se inflan los tubos de goma, la malla metálica se expande en diámetro y disminuye en longitud, tirando del brazo. Los brazos (tanto artificiales como naturales) tienen realmente dos conjuntos de músculos: uno en la parte delantera (bíceps) para disminuir el ángulo de la articulación y otro en la parte posterior del brazo (tríceps) que aumenta el ángulo de la articulación. Debido a que estos músculos deben trabajar juntos, las presiones deben coordinarse muy rápidamente, por lo que los cilindros de doble acción son esenciales para suministrar aire a los McKibbens.
Los cilindros de doble acción se utilizan en las suspensiones de los trenes de aterrizaje de los aviones, motocicletas, vehículos todo terreno y automóviles porque los baches llegan tan rápido que un cilindro de acción simple no sería práctico. Los cilindros de doble acción se utilizan en perforaciones, partidores de troncos y equipos de movimiento de tierras porque las fuerzas requeridas hacen que los cilindros de acción simple no sean prácticos. Los cilindros de doble acción se encuentran en retroexcavadoras, elevadores, compactadores de basura, camiones de basura, montacargas, gatos y esas máquinas en depósitos de chatarra que comprimen autos viejos. También se utilizan en aplicaciones médicas que alimentan ventiladores, esas máquinas que ayudan a las personas a respirar. Los cilindros de doble acción encuentran cada vez más aplicaciones en el programa espacial: abren y cierran la bahía del transbordador puertas - porque los altos niveles de radiación en el espacio hacen que sea importante reemplazar los motores eléctricos por neumáticos y hidráulica. La radiación interfiere con la electrónica pero no con la hidráulica o la neumática.