下图为一种典型的矩形截面的活塞环密封。图a为自由状态的活塞环，图b为活塞环处于密封的位置。图c未活塞环处于中间的位置。
自由状态下的开口活塞环的形状并非一正圆，在活塞环装入圆柱的缸体后，才形成一圆形环。由于环本身所具有的张力，迫使环的开口端向外扩张而使环的外侧贴紧缸壁，形成环外侧与缸壁的一次接触密封，构成第一密封面。可根据曲杆弯曲理论设计自由状态下的活塞环形状，从而使活塞环安装后，达到符合特定要求的第一密封面上的初始接触压力。但对某些特定情况，如高速发动机，为避免活塞环发生颤振现象，要求活塞环安装后，形成一梨形的初始接触压力分布，即靠近径向部位的接触压力比其他地方高。
当施加系统压力P后，环被推向泄漏的方向，与活塞环的侧面形成二次接触密封，构成第二密封面。如果活塞环处于中间位置，不与槽的侧壁形成第二密封面，则发生泄漏。
当气体压力P起作用时，作用在环外侧的气体压力增强了一次接触密封。如果系统压力P的值适中，则一次密封接触压力和二次密封接触压力都不会太大。但随着活塞两端总压力差的增加，接触压力也相应增加，当超过一定限度，就应采用多个活塞环。总接触压力包括环的初始接触压力和气体压力产生的接触压力。通常气体压力产生的接触压力较大，是形成轴向和径向密封阻力的主要原因。当气体压力高时，环张力（初始接触压力）的影响可以忽略不计；当气体压力很小时，则环的张力可能是主要的。
在理想工作状态下，活塞环的第一密封面与第二密封面均处于良好的密封状态，此时气体的唯一泄漏通道就是环的开口间隙处。环开口间隙处的形状和间隙大小影响泄漏量。常用的活塞环开口形式有直切口、斜切口和搭切口。根据活塞的大小和最高的操作温度，活塞环室温下的开口间隙为0.2~0.5mm，但必须确保工作状态下，活塞环受热膨胀后不完闭合。对于现代汽油发动机，通过活塞环开口处的漏气量约为燃烧室进气量的0.3~0.5%，最大为1%。
当活塞两侧压力差较大时，可以采用多道活塞环使流体经多次阻塞、节流，以达到密封的要求。
一般低压活塞上只设置2~3道活塞环，当在高压级中，因第一道环压力差大，磨损也大。第一道环磨损后，由于缝隙增大，降低了密封作用，此时余下的压力差由第二道环来承担，第二道环替补了第一道环的作用，依次类推。为了使高压级和低压级活塞环的更换时间大致相同，高压级往往采用较多的活塞环。当压差为0.5~3MPa，活塞环数为3~5；当压差为3~12MPa，活塞环数为5~10；当压差为12~24MPa，活塞环数为12~20。
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