Lorsque la roue tourne, le gaz entre axialement depuis l'entrée, gagne de l'énergie grâce à l'action de poussée des pales, puis s'écoule dans les aubes directrices. Les aubes directrices dévient le flux d'air, le transformant en flux axial, et guident simultanément le gaz dans le diffuseur, convertissant davantage l'énergie cinétique du gaz en énergie de pression, avant de finalement l'introduire dans le conduit de travail.
Le principe de fonctionnement des pales de ventilateur à flux axial est similaire à celui d’une aile d’avion. Cependant, tandis que ce dernier applique une portance vers le haut à l'aile pour supporter le poids de l'avion, le ventilateur axial est fixe et déplace l'air.
La section transversale-d'un ventilateur à flux axial est généralement une surface aérodynamique. Les pales peuvent être fixes ou tourner autour de leur axe longitudinal. L'angle entre les pales et le flux d'air, ou l'espacement des pales, peut être fixe ou réglable. La possibilité de modifier l’angle ou l’espacement des pales est l’un des principaux avantages des ventilateurs axiaux ; un angle d'espacement des pales plus petit produit un débit plus faible, tandis qu'une augmentation de l'espacement produit un débit plus élevé. Les ventilateurs axiaux avancés peuvent modifier l'espacement des pales pendant que le ventilateur fonctionne (semblable à un rotor d'hélicoptère), modifiant ainsi le débit en conséquence. C’est ce qu’on appelle un ventilateur à flux axial à pales variables (VP).
