Inventados por George Westinghouse no início da década de 1870, os freios a ar são um método eficaz de parar com segurança veículos grandes e carregados. Veículos menores, como o automóvel familiar, normalmente usam freios operados hidraulicamente para parar. A diferença entre esses dois sistemas de frenagem é a força usada para engatar o mecanismo de frenagem.
Os freios hidráulicos usam líquido comprimido para engatá-los, enquanto os freios a ar usam ar comprimido. Líquido comprimido é bom para veículos mais leves, já que o ar comprimido seria muito poderoso, sobrecarregando o sistema de freio. O líquido pressurizado, no entanto, não seria poderoso o suficiente para parar veículos pesadamente carregados, como as grandes plataformas de trator-trailer de 18 rodas que vagam pelas estradas hoje. Alguns desses grandes caminhões pesam cerca de 40 toneladas (36,288 kg) quando totalmente carregados.
Essencialmente, o sistema típico de operação de freios a ar nesses caminhões grandes consiste em um sistema de abastecimento e um sistema de controle. O sistema de alimentação começa com o compressor de ar, que retira o ar da atmosfera, comprime o ar e o envia para o secador de ar. O secador de ar remove a umidade e as impurezas do ar e envia o ar comprimido por meio de uma rede de válvulas de ar e linhas de ar para os tanques de ar, ou reservatórios, onde é armazenado, pronto para uso. O sistema de controle é o processo pelo qual o ar comprimido é enviado para todos os cilindros das rodas, ativando assim os mecanismos de frenagem em cada roda individual.
Quando o motorista pisa no pedal do freio, o sistema de válvulas de retenção em todo o sistema de freio é ativado e o ar comprimido nos tanques de ar é enviado pelas linhas de freio às rodas. O ar comprimido entra nos cilindros do freio, onde é modulado de acordo com a força com que o motorista pressiona o pedal do freio. O ar é aumentado no cilindro do freio conforme o motorista pressiona o pedal com mais força. Quando o motorista libera os freios a ar, o ar sangra dos cilindros do freio e as rodas podem girar livremente.
A maioria dos freios a ar são mecanismos de freio do tipo tambor, embora os freios a disco estejam se tornando mais comuns com os sistemas de freio a ar. O mecanismo de freio a tambor consiste em uma câmara oca, ou tambor, dentro da qual estão duas sapatas. Quando os freios são ativados, o ar é forçado para dentro do cilindro do freio para girar um came que, por sua vez, pressiona as duas sapatas do freio contra as paredes do tambor do freio. A fricção da sapata contra o tambor faz o veículo parar. Os freios a disco funcionam basicamente com o mesmo princípio, com a fricção das pastilhas de freio contra os rotores de freio, fazendo o veículo parar.