Основными деталями гидрокомпенсатора являются: корпус, плунжерная пара, пружина плунжера и обратный клапан. Корпусом может служить (в зависимости от конструкции привода клапанов) цилиндрический толкатель, коромысло или часть головки блока цилиндров. Плунжерная пара состоит из: втулки, обеспечивающей движение плунжера в строго заданном направлении. Зазор между ними составляет 5-8 мкм для обеспечения герметичности; плунжера — стального цилиндра, в нижней части которого имеется отверстие, соединяющее полости внутри плунжера и под ним. В некоторых конструкциях с одноплечим рычагом используется плунжер без внутренней полости, а верхняя часть его имеет вид сферической головки и служит опорой. Пружина плунжера расположена между ним и втулкой (в полости под плунжером).

Обратный клапан в большинстве случаев представляет собой стальной подпружиненный шарик. Кулачок распредвала, повёрнутый к толкателю тыльной стороной, не передаёт на него усилие и плунжерная пружина выдвигает плунжер из втулки, выбирая зазор. В увеличившийся объем полости под плунжером через шариковый клапан поступает масло из системы смазки. После ее заполнения шариковый клапан закрывается под действием своей пружины. Поворачиваясь выпуклой стороной к толкателю, кулачок начинает перемещать его вниз. В этот момент гидрокомпенсатор передаёт усилие на клапан ГРМ как «жёсткий» элемент, так как шариковый клапан закрыт, а масло в замкнутой полости под плунжером практически не сжимается. При перемещении толкателя и, соответственно, плунжерной пары вниз небольшая часть масла выдавливается через зазоры из полости под плунжером. Длина гидрокомпенсатора незначительно уменьшается и образуется зазор (упомянутый выше) между кулачком и толкателем. Утечки компенсируются дополнительной порцией масла из системы

-смазки двигателя. Расширение деталей при нагреве приводит к изменению объёма «пополняющей» порции масла и длины гидрокомпенсатора, то есть он автоматически «выбирает» зазор как от теплового расширения.