高純氮氣發生器以物理吸附法和電化學分離法相結合的原理直接從空氣中分離高純氮氣，根據電催化法進行空氣分離的原理制成，其中電解池是利用燃料電池的逆過程設計而成。作為壓力穩定且純凈的原料空氣進入到電解池中，空氣中的氧在陰極被吸附而獲得電子，與水作用生成氫氧根離子，并遷移到陽極，后在陽極處失去電子析出氧氣，因此空氣中的氧不斷被分離。只留下氮氣隨氣路輸出。
高純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，氮氣發生器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。
高純氮氣發生器務必進行周期性的維護，主要包括冷凝水的排放及定期更換氣體過濾裝置。由于氮氣發生器以環境空氣作為氣體來源，所以其它過濾裝置必須定期更換，否則過濾裝置失效后，會把環境空氣中的有機污染物通過干燥氣和霧化器進入質譜，嚴重影響儀器性能，降低靈敏度和重現性。使用氮氣發生器的用戶，強烈建議每半年到一年更換干燥氣的氣體凈化管。
