Пружинно-поршневые системы (spring-piston airguns) очень просты и надежны. В них отсутствует система перепускных клапанов и резервуар для хранения сжатого воздуха. Воздушный цилиндр (резервуар) оружия непосредственно соединяется со стволом. При перемещении рычага взведения внутри цилиндра движется поршень, сжимая боевую пружину. Поршень удерживается в таком положении спусковым механизмом. При выстреле поршень перемещается вперед под действием пружины. Движущийся массивный поршень сжимает воздушную прослойку между собой и пулей. В какой-то момент давление сжатого воздуха прослойки преодолевает сопротивление трения пули о стенки ствола, пуля начинает движение вперед и вылетает из ствола.

Существует усложненный вариант конструкции, когда внутри воздушного цилиндра имеется подвижный цилиндр (т.н. «стакан») с отверстием в донце, а внутри подвижного цилиндра находится поршень. При взведении рычага, стакан вместе с поршнем отходит назад, открывая доступ к казенной части ствола, куда помещается пуля. Поршень, сжимающий боевую пружину, фиксируется с помощью спускового механизма. При возвращении рычага взведения в исходное положение, стакан движется вперед, закрывая зарядное окно и казенный срез ствола. При выстреле поршень, под действием боевой пружины, движется внутри стакана, сжимая воздух и выталкивая пулю. Примером пружинно-порневого оружия со «стаканом» может служить спортивный пневматический пистолет Feinwerkbau Modell 65, среди винтовок к данному классу оружия можно отнести мощную охотничью модель Diana 460 Magnum или Weihrauch HW 77. 

Пружинно-поршневые системы характеризуется отличной повторяемостью выстрелов до тех пор, пока не начнется физическое старение металла боевой пружины. Этого недостатка лишены т.н. «газовые» пружины, в которых вместо или совместно с металлической пружиной — как передаточное звено, воздействующее на поршень — используется сжатый воздух. Газовые пружины значительно увеличивают стоимость оружия, однако его преимуществами становятся: малая отдача, тихая работа (нет шума от соударения витков пружины), улучшенная кучность (из-за уменьшения времени между выстрелом и вылетом пули), постоянная мощность (из-за отсутствия усадки пружины в процессе эксплуатации) и т.п.

Пружинно-поршневые системы имеют самый тихий звук выстрела из всех рассмотренных систем (если не учитывать звук от соударений витков пружины и удара поршня). Мощность выстрела колеблется от низкой до очень высокой, начальная скорость пули калибра 4.5 мм (0,5 г) — от 100 до 380 м/с и даже выше.

Недостатком пружинно-поршневых систем является сотрясение (двойная отдача), особенно заметная в оружии с мощной пружиной.