Inventate de George Westinghouse la începutul anilor 1870, frânele pneumatice sunt o metodă eficientă de a opri vehiculele mari, puternic încărcate. Vehiculele mai mici, cum ar fi automobilul de familie, folosesc de obicei frâne acţionate hidraulic pentru a opri. Diferența dintre aceste două sisteme de frânare este forța folosită pentru a cupla mecanismul de frânare.
Frânele hidraulice folosesc lichid comprimat pentru a activa frânele, în timp ce frânele pneumatice folosesc aer comprimat. Lichidul comprimat este bine pentru vehiculele mai ușoare, deoarece aerul comprimat ar fi prea puternic, copleșind sistemul de frânare. Lichidul presurizat, totuși, nu ar fi suficient de puternic pentru a opri vehiculele grele încărcate, cum ar fi mașinile mari, cu 18 roți, tractor-remorcă, care circulă astăzi pe drumuri. Unele dintre aceste camioane mari cântăresc aproape 40 de tone (36,288 kg) când sunt încărcate complet cu marfă.
În esență, sistemul tipic de operare a frânelor cu aer în aceste camioane mari constă dintr-un sistem de alimentare și un sistem de control. Sistemul de alimentare începe cu compresorul de aer, care atrage aer din atmosferă, comprimă aerul și îl trimite la uscătorul de aer. Uscătorul de aer elimină umezeala și impuritățile din aer și trimite aerul comprimat printr-o rețea de supape de aer și linii de aer către rezervoarele de aer, sau rezervoare, unde este depozitat, gata de utilizare. Sistemul de control este procesul prin care aerul comprimat este trimis către toți cilindrii roții, activând astfel mecanismele de frânare din fiecare roată în parte.
Când șoferul calcă pedala de frână, sistemul de supape de reținere din întregul sistem de frânare este activat, iar aerul comprimat din rezervoarele de aer este trimis prin conductele de frână către roți. Aerul comprimat intră în cilindrii de frână unde este modulat în funcție de cât de tare apasă șoferul pedala de frână. Aerul crește în cilindrul de frână pe măsură ce șoferul apasă pedala mai tare. Când șoferul eliberează frânele pneumatice, aerul se scurge din cilindrii de frână, iar roțile se pot roti liber.
Majoritatea frânelor pneumatice sunt mecanisme de frânare de tip tambur, deși frânele pneumatice de tip disc devin din ce în ce mai frecvente cu sistemele de frânare cu aer. Mecanismul de frână cu tambur constă dintr-o cameră goală, sau tambur, în interiorul căreia se află doi saboți. Când frânele sunt activate, aerul este forțat în cilindrul de frână pentru a roti o came care, la rândul său, apasă cei doi saboți de frână pe pereții tamburului de frână. Frecarea pantofului împotriva tamburului oprește vehiculul. Frânele cu disc funcționează practic pe același principiu, frecarea plăcuțelor de frână împotriva rotoarelor de frână oprește vehiculul.