直動式減壓閥所示為直動式帶溢流閥的減壓閥(簡稱溢流減壓閥)的結構圖。
壓力為P1的壓縮空氣，由左端輸入經閥口10節流后，壓力降為P2輸出。P2的大小可由調壓彈簧2、3進行調節。順時針旋轉旋鈕1，壓縮彈簧2、3及膜片5使閥芯8下移，增大閥口10的開度使P2增大。若反時針旋轉旋鈕1，閥口10的開度減小，P2隨之減小。
若P1瞬時升高，P2將隨之升高，使膜片氣室6內壓力升高，在膜片5上產生的推力相應增大，此推力破壞了原來力的平衡，使膜片5向上移動，有少部分氣流經溢流孔12、排氣孔11排出。在膜片上移的同時，因復位彈簧9的作用，使閥芯8也向上移動，關小進氣閥口10，節流作用加大，使輸出壓力下降，直至達到新的平衡為止，輸出壓力基本又回到原來值。若輸入壓力瞬時下降，輸出壓力也下降、膜片5下移，閥芯8隨之下移，進氣閥口10開大，節流作用減小，使輸出壓力也基本回到原來值。逆時針旋轉旋鈕1。使調節彈簧2、3放松，氣體作用在膜片5上的推力大于調壓彈簧的作用力，膜片向上曲，靠復位彈簧的作用關閉進氣閥口10。再旋轉旋鈕1，進氣閥芯8的頂端與溢流閥座4將脫開，膜片氣室6中的壓縮空氣便經溢流孔12、排氣孔11排出，使閥處于無輸出狀態。
總之，溢流減壓閥是靠進氣口的節流作用減壓，靠膜片上力的平衡作
用和溢流孔的溢流作用穩壓；調節彈簧即可使輸出壓力在一定范圍內改變。為防止以上溢流式減壓閥徘出少量氣體對周圍環境的污染，可采用不帶溢流閥的減壓閥(即普通減壓閥)。
