I cilindri pneumatici trasformano la pressione dell'aria in un movimento lineare. Sono come i pistoni delle automobili, tranne per il fatto che il pistone (e la biella) è spinto da un afflusso di gas pressurizzato invece che da un'esplosione di benzina. Il pistone deve essere riportato nella posizione di partenza dopo ogni corsa. Se viene utilizzata una molla per restituire il pistone, si tratta di un cilindro a semplice effetto. Se viene utilizzata la pressione dell'aria per restituire il pistone, si tratta di un cilindro a doppia azione.
I cilindri pneumatici a doppio effetto sono più costosi dei cilindri pneumatici a semplice effetto, ma i cilindri a doppio effetto sono superiori ai cilindri a semplice effetto di qualsiasi altra misura importante. I cilindri a doppia azione sono più veloci, più forti e consumano meno energia per svolgere lo stesso lavoro. Nelle applicazioni industriali, se possibile, vengono utilizzati cilindri a semplice effetto, ma quando la velocità o la forza sono importanti vengono impiegati cilindri a doppio effetto. Le applicazioni includono l'apertura e la chiusura di valvole e porte, la rimozione di oggetti dai nastri trasportatori e il posizionamento di oggetti sui nastri trasportatori. Sono anche utilizzati per sollevare merci e spostare merci, nonché per presse e punzoni.
I cilindri pneumatici, compresi i cilindri a doppio effetto, sono stati un componente importante dei robot dall'introduzione dei muscoli artificiali McKibben. Le braccia robotiche si muovono in modo molto più naturale se le braccia sono dotate di muscoli simili a quelli del braccio umano. I muscoli artificiali McKibben sono costituiti da tubi di gomma racchiusi in una rete metallica. Quando i tubi di gomma vengono gonfiati, la rete metallica si espande in diametro e diminuisce in lunghezza, tirando il braccio. Le braccia (sia artificiali che naturali) hanno in realtà due serie di muscoli: uno sulla parte anteriore (bicipiti) per diminuire l'angolo articolare e un altro sulla parte posteriore del braccio (tricipiti) che aumenta l'angolo articolare. Poiché questi muscoli devono lavorare insieme, le pressioni devono essere coordinate molto rapidamente, quindi i cilindri a doppio effetto sono essenziali per fornire aria ai McKibben.
I cilindri a doppio effetto sono utilizzati nelle sospensioni dei carrelli di atterraggio di automobili, motocicli, ATV e aeroplani perché gli urti arrivano così velocemente che un cilindro a semplice effetto sarebbe poco pratico. I cilindri a doppio effetto sono utilizzati nelle perforazioni, spaccalegna e macchine movimento terra perché le forze richieste rendono poco pratici i cilindri a semplice effetto. I cilindri a doppio effetto si trovano in terne, ascensori, compattatori di rifiuti, camion della spazzatura, carrelli elevatori, martinetti e quelle macchine nei depositi di rottami che comprimono le vecchie auto. Sono anche utilizzati in applicazioni mediche che alimentano i ventilatori, quelle macchine che aiutano le persone a respirare. I cilindri a doppio effetto stanno trovando sempre più applicazioni nel programma spaziale: aprono e chiudono il vano navetta porte--perché gli alti livelli di radiazione nello spazio rendono importante sostituire i motori elettrici con pneumatici e idraulica. Le radiazioni interferiscono con l'elettronica ma non con l'idraulica o la pneumatica.