Ao contrário dos cilindros pneumáticos lineares, os atuadores rotativos realizam um movimento rotativo através da inserção de ar comprimido nos mesmos. Utilizado em particular para abrir ou fechar válvulas de borboleta, válvulas de esfera ou peças mecânicas que devem completar um quarto de volta. A pilotagem é normalmente realizada utilizando uma válvula solenóide Namur de 5/2 vias, um tipo específico de válvula adequada para montagem diretamente no corpo do atuador.
Os atuadores rotativos podem ser de dupla ação ou simples. O tipo de dupla ação recebe ar em ambas as câmaras (separadas por um pistão interior), quando o ar é introduzido num dos lados, ocorrerá a rotação, pelo contrário, ao introduzir ar no lado oposto, ocorrerá a rotação no sentido oposto, voltando ao ponto inicial. Os atuadores rotativos de ação simples são abastecidos com ar comprimido numa única câmara, enquanto seis molas são colocadas na outra. Quando o ar entra na câmara, as molas são comprimidas pela força exercida sobre o pistão. Ao mesmo tempo, o movimento rotativo fará um quarto de volta. Ao remover o fornecimento de ar, as molas pré-carregadas farão com que o atuador volte à sua posição inicial. A ação simples é geralmente utilizada em válvulas quando estas necessitam de ter funções normalmente abertas (NA) ou normalmente fechadas (NF).