安全阀在系统中起安全保护作用。当系统压力超过规定值时，安全阀汀开，将系统中的一部分气体排入大气，使系统压力不超过允许值，从而保证系统不因压力过高而发生事故。安全阀又称溢流阀。图示为安全阀的几种典型结构形式。图a为活塞式安全阀，阀芯是一平板。气源压力作用在活塞A上，当压力超过由弹簧力确定的安全值时，活塞A被顶开，一部分压缩空气即从阀口排入大气；当气源压力低于安全值时，弹簧驱动活塞下移，关闭阀口。
图b和c分别为球阀式和膜片式安全阀，工作原理与活塞式完全相同。这三种安全阀都是弹簧提供控制力，调节弹簧预紧力，即可改变安全值大小，故称之为直动式安全阀。
图d为先导式安全阀，以小型直动阀提供控制压力作用于膜片上，膜片上硬芯就是阀芯，压在阀座上。当气源压力A大于安全压力时，阀芯开启，压缩空气从左侧输出孔排入大气。膜片式安全阀和先导式安全阀压力特性较好、动作灵敏；但最大开启力比较小，即流量特性较差。实际应用时，应根据实际需要选择安全阀的类型，并根据最大排气量选择其通径。