Главный тормозной цилиндр состоит из корпуса, поршня с уплотняющими манжетами и отжимной пружиной, нагнетательного и обратного клапанов и штока.

Корпус отлит из чугуна и прикреплен на раме автомобиля. Внутри корпуса имеется цилиндр, сообщающийся с полостью корпуса двумя отверстиями: компенсационным и перепускным. Для заливки жидкости сверху в крышке корпуса сделано отверстие, закрытое пробкой. Полость корпуса сообщается с атмосферой через отверстие в пробке. Под пробкой установлены сетка и отражатель, устраняющий выплескивание жидкости через отверстие пробки.

Перемещение поршня в цилиндре ограничивается шайбой со стопорным кольцом, установленным в канавке наружного конца цилиндра. С наружной стороны в углубление поршня входит шток с завернутым в него наконечником, соединенным шарнирно с рычагом тормозной педали. На штоке и корпусе закреплен уплотняющий резиновый чехол.

В поршне по окружности расположены отверстия, перекрываемые пластинчатым клапаном. К цилиндру при помощи штуцера присоединены трубопроводы, идущие ко всем тормозным цилиндрам колес. Трубопроводы состоят из металлических трубок и соединительных гибких шлангов, рассчитанных на большое давление.

Корпус главного цилиндра и вся система заполнены тормозной жидкостью.

При нажатии на тормозную педаль шток, связанный с педалью, перемещает поршень в главном тормозном цилиндре. Как только поршень перекроет калиброванное компенсационное отверстие, давление жидкости в цилиндре возрастает, и жидкость, открывая нагнетательный клапан, но трубопроводам поступает в тормозные цилиндры колес, где раздвигает поршни, которые через толкатели прижимают тормозные колодки к поверхности барабана, производя торможение. Сила торможения колес при этом пропорциональна силе нажатия на педаль.

При отпускании педали поршень в цилиндре быстро возвращается в исходное положение под действием пружины. При этом давление в тормозной системе падает, тормозные колодки под действием пружин стягиваются, и жидкость из тормозных цилиндров колес по трубопроводам вытесняется обратно в рабочую полость главного цилиндра, открывая обратный клапан.

Сила давления пружины, удерживающей клапан, рассчитана таким образом, чтобы давление в трубопроводах в незаторможенном состоянии было немного больше, чем в цилиндре, а следовательно, немного выше атмосферного давления. Этим устраняется возможность подсоса воздуха в систему через неплотности штуцеров и уплотняющих манжет тормозных цилиндров колес.

При быстром отпускании педали вследствие сопротивлений, оказываемых перетеканию жидкости трубопроводами и клапаном, жидкость не успевает сразу заполнять рабочее пространство цилиндра, освобождаемое движущимся обратно поршнем. При этом в результате некоторого разрежения, получающегося в рабочей полости цилиндра, жидкость, находящаяся в пространстве за поршнем, открывает перепускной клапан в головке поршня и через отверстия, отгибая края уплотнительной манжеты, поступает в рабочую полость, что устраняет возможность подсоса воздуха в нее. Пространство за поршнем при этом пополняется жидкостью из резервуара через перепускное отверстие.

Вследствие постоянного пополнения жидкости в пространство за поршнем через отверстие и установки перепускного клапана обеспечивается также подкачивание жидкости в систему (повторными нажатиями на педаль) в случае утечки ее через неплотности или уменьшения объема из-за сжатия воздуха, попавшего в трубопроводы.

Когда тормозная педаль отпущена, поршень отжимается в исходное полоя<ение до упора в ограничительное кольцо; при этом манжета поршня открывает компенсационное отверстие, сообщая рабочую полость с резервуаром. В результате подкачки в полости возникает избыточное давление, и жидкость переходит из цилиндра в резервуар или обратно, если имелась утечка жидкости. При этом в полости устанавливается нормальное давление. Через отверстие также компенсируется изменение объема жидкости из-за колебаний температуры.