Inventado por George Westinghouse a principios de la década de 1870, los frenos de aire son un método eficaz para detener con seguridad los vehículos grandes y muy cargados. Los vehículos más pequeños, como el automóvil familiar, normalmente usan frenos operados hidráulicamente para detenerse. La diferencia entre estos dos sistemas de frenado es la fuerza utilizada para activar el mecanismo de frenado.
Los frenos hidráulicos usan líquido comprimido para enganchar los frenos, mientras que los frenos de aire usan aire comprimido. El líquido comprimido está bien para vehículos más livianos, ya que el aire comprimido sería demasiado poderoso y abrumaría el sistema de frenos. Sin embargo, el líquido presurizado no sería lo suficientemente potente como para detener vehículos muy cargados, como las grandes plataformas de remolque de 18 ruedas que recorren las carreteras hoy en día. Algunos de estos grandes camiones pesan cerca de 40 toneladas (36,288 kg) cuando están completamente cargados con carga.
Esencialmente, el sistema típico que opera los frenos de aire en estos camiones grandes consiste en un sistema de suministro y un sistema de control. El sistema de suministro comienza con el compresor de aire, que extrae el aire de la atmósfera, lo comprime y lo envía al secador de aire. El secador de aire elimina la humedad y las impurezas del aire, y envía el aire comprimido a través de una red de válvulas de aire y líneas de aire a los tanques o depósitos de aire, donde se almacena, listo para usar. El sistema de control es el proceso por el cual el aire comprimido se envía a todos los cilindros de las ruedas, activando así los mecanismos de frenado en cada rueda individual.
Cuando el conductor pisa el pedal del freno, se activa el sistema de válvulas de retención en todo el sistema de frenos, y el aire comprimido en los tanques de aire se envía a través de las líneas de freno a las ruedas. El aire comprimido ingresa a los cilindros de freno donde se modula de acuerdo con la fuerza con la que el conductor presiona el pedal del freno. Se aumenta el aire en el cilindro de freno cuando el conductor presiona el pedal con más fuerza. Cuando el conductor suelta los frenos de aire, el aire sale de los cilindros de freno y las ruedas pueden girar libremente.
La mayoría de los frenos de aire son mecanismos de frenado de tipo tambor, aunque los frenos de aire de tipo disco son cada vez más comunes con los sistemas de frenos de aire. El mecanismo de freno de tambor consta de una cámara hueca, o tambor, dentro del cual hay dos zapatas. Cuando se activan los frenos, se fuerza el aire en el cilindro del freno para hacer girar una leva que, a su vez, presiona las dos zapatas contra las paredes del tambor de freno. La fricción del zapato contra el tambor detiene el vehículo. Los frenos de disco funcionan básicamente con el mismo principio, con la fricción de las pastillas de freno contra los rotores de freno que detienen el vehículo.