Trong một vụ va chạm trực diện, dù đã thắt dây an toàn, phần đầu và ngực của người ngồi trong xe vẫn có thể lao về phía trước và đập vào vô lăng hoặc bảng táp lô do khoảng trống tự nhiên giữa cơ thể và các bộ phận này. Túi khí hoạt động như một chiếc gối khổng lồ bung ra cực nhanh, lấp đầy khoảng trống đó trước khi cơ thể kịp va vào bề mặt cứng, đồng thời từ từ xì hơi ra sau va chạm để hấp thụ bớt động năng thay vì để cơ thể bật ngược lại.

Bên trong mỗi túi khí là một bộ tạo khí chứa hóa chất - khi cảm biến gia tốc trên xe phát hiện lực giảm tốc đột ngột vượt ngưỡng, dấu hiệu của va chạm mạnh, một tín hiệu điện kích hoạt phản ứng hóa học sinh khí nitơ cực nhanh, làm phồng túi khí chỉ trong khoảng 20-30 mili giây, nhanh hơn cả một cái chớp mắt. Túi khí phối hợp chặt chẽ với dây an toàn: dây giữ cơ thể đúng vị trí để túi khí bung đúng chỗ cần đỡ, còn túi khí giảm lực va đập lên phần đầu và ngực mà dây an toàn không bảo vệ được hết. Nếu không thắt dây, túi khí bung ra thậm chí có thể gây thương tích vì lực bung rất mạnh và cơ thể không ở đúng vị trí thiết kế.

Các nghiên cứu an toàn giao thông cho thấy túi khí kết hợp với dây an toàn giảm nguy cơ tử vong trong va chạm trực diện tới khoảng 50% so với chỉ thắt dây an toàn đơn thuần. Một chiếc ô tô hiện đại thường có từ 6 đến 10 túi khí bố trí ở vô lăng, bảng táp lô, hai bên hông ghế và dọc trần xe để bảo vệ cả va chạm bên hông chứ không chỉ va chạm trực diện.

Nhiều người nghĩ có túi khí rồi thì không cần thắt dây an toàn nữa vì đã có đệm bảo vệ. Đây là hiểu lầm rất nguy hiểm: túi khí chỉ được thiết kế để hoạt động cùng dây an toàn, nếu không thắt dây, cơ thể có thể ở sai vị trí hoặc di chuyển quá nhanh trước khi túi khí kịp bung đủ, thậm chí lực bung mạnh của túi khí có thể gây chấn thương nặng hơn cho người không được dây an toàn giữ cố định đúng chỗ.