空分设备是一个大型的复杂系统，主要由以下子系统组成：动力系统、净化系统、制冷系统、热交换系统、精馏系统、产品输送系统、液体贮存系统和控制系统等。
动力系统：主要是指原料空气压缩机
。空分设备将空气经低温分离得到氧、氮等产品，从本质上说是通过能量转换来完成。而装置的能量主要是由原料空气压缩机输入的。相应地，空气分离所需要的总能耗中绝大部分是原料空气压缩机的能耗。
净化系统：由空气预冷系统（空冷系统）和分子筛纯化系统（纯化系统）组成。经压缩后的原料空气温度较高，空气预冷系统通过接触式换热降低空气的温度，同时可以洗涤其中的酸性物质等有害杂质。分子筛纯化系统则进一步除去空气中的水分、二氧化碳、乙炔、丙烯、丙烷和氧化亚氮等对空分设备运行有害的物质。
制冷系统：空分设备是通过膨胀制冷的，整个空分设备的制冷严格遵循经典的制冷循环。不过通常提到的空分制冷设备，只要是指：膨胀机。
热交换系统：空分设备的热平衡是通过制冷系统和热交换系统来完成的。随着技术的发展，现在的换热器主要使用铝制板翘式换热器。
精馏系统：空分设备的核心，实现低温分离的重要设备。通常采取高、低压两级精馏方式。只要由低压塔、中压塔和冷凝蒸发器组成。
产品输送系统：空分设备生产的氧气和氮气需要一定的压力才能满足后续系统的使用。只要由各种不同规格的氧气压缩机和氮气压缩机组成。
液体贮存系统：空分设备能生产一定的液氧和液氮等产品，进入液体贮存系统，以备需要时使用。只要是由各种不同规格的贮槽、低温液体泵和汽化器组成。
控制系统：大型空分设备都采用计算机集散控制系统，可以实现自动控制。
空分设备从工艺流程来说可以分为5个基本系统：
杂质的净化系统
主要是通过空气过滤器和分子筛吸收器等装置，净化空气中混有的机械杂质、水分、二氧化碳、乙炔等。
空气冷却和液化系统
主要由空气压缩机、热交换器、膨胀机和空气节流阀等组成，起到使空气深度冷冻的作用。
空气精馏系统
主要部件为精馏塔（上塔、下塔）、冷凝蒸发器、过冷器、液空和液氮节流阀。起到将空气中各种组分分离的作用。
加温吹除系统
用加温吹除的方法使净化系统再生。
仪表控制系统
通过各种仪表对整个工艺进行控制。