空分設備是一個大型的復雜系統，主要由動力系統、凈化系統、制冷系統、熱交換系統、精餾系統、產品輸送系統、液體貯存系統和控制系統等構成。
　　
　　動力系統：主要是指原料空氣壓縮機。空分設備將空氣經低溫分離得到氧、氮等產品，從本質上說是通過能量轉換來完成。而裝置的能量主要是由原料空氣壓縮機輸入的。相應地，空氣分離所需要的總能耗中絕大部分是原料空氣壓縮機的能耗。
　　
　　凈化系統：由空氣預冷系統（空冷系統）和分子篩純化系統（純化系統）組成。經壓縮后的原料空氣溫度較高，空氣預冷系統通過接觸式換熱降低空氣的溫度，同時可以洗滌其中的酸性物質等有害雜質。分子篩純化系統則進一步除去空氣中的水分、二氧化碳、乙炔、丙烯、丙烷和*等對空分設備運行有害的物質。
　　
　　制冷系統：空分設備是通過膨脹制冷的，整個空分設備的制冷嚴格遵循經典的制冷循環。不過通常提到的空分制冷設備，只要是指：膨脹機。
　　
　　熱交換系統：空分設備的熱平衡是通過制冷系統和熱交換系統來完成的。隨著技術的發展，現在的換熱器主要使用鋁制板翅式換熱器。
　　
　　精餾系統：空分設備的核心，實現低溫分離的重要設備。通常采取高、低壓兩級精餾方式。只要由低壓塔、中壓塔和冷凝蒸發器組成。
　　
　　產品輸送系統：空分設備生產的氧氣和氮氣需要一定的壓力才能滿足后續系統的使用。只要由各種不同規格的氧氣壓縮機和氮氣壓縮機組成。
　　
　　液體貯存系統：空分設備能生產一定的液氧和液氮等產品，進入液體貯存系統，以備需要時使用。只要是由各種不同規格的貯槽、低溫液體泵和汽化器組成。
　　
　　控制系統：大型空分設備都采用計算機集散控制系統，可以實現自動控制。