Der Aufbau einer LNG-Tankstelle unterscheidet sich deutlich von einer Diesel-Zapfanlage. Die wichtigsten Komponenten sind ein Wärmetauscher, der das Gas beim Betanken auf das gewünschte Gasdruckniveau bringt, ein LNG-Tank zur Bevorratung, eine kryogene Förderpumpe, eine Steuerungsanlage und eine Zapfsäule als Abgabestation.
Der Lagertank besteht aus einem doppelwandigen, isolierten Gasbehälter mit einem Fassungsvermögen von max. 80 m3. Der maximale Füllstand für die flüssige Phase liegt bei ca. 90 Prozent. Durch das regelmäßige Nachfüllen tiefkalten LNG per Lkw werden Druck und Temperatur auf einem niedrigen Niveau gehalten. Da das Gas in der Regel nicht aktiv gekühlt wird, erwärmt sich dieses über die Zeit. Um kritische Drücke durch das entstehende Boil-off-Gas (BOG) zu vermeiden, kann das Gas als komprimiertes Gas (CNG) über eine CNG-Zapfsäule für die Betankung von Pkw genutzt werden.
Alternativ wird das Gas über einen Verdichter rückverflüssigt. Mittels einer Kryopumpe wird das LNG aus dem Tanklager über tieftemperaturbeständige und kälteisolierte Leitungen zum Zapfpunkt gefördert. Von dort wird das LNG über eine form- und kraftschlüssige Sicherheitsverbindung in den Fahrzeugtank bzw. in die Fahrzeugtanks gepumpt.
Für die Betankung muss das Personal speziell unterwiesen bzw. geschult werden. Um Kälteverbrennungen zu vermeiden, muss für die Betankung Arbeitsschutzkleidung getragen werden (Schutzbrille, Handschuhe). Die Steuerung überwacht den Betankungsprozess und schaltet die Förderpumpe bei vollen Kraftstoffbehältern ab. Aufgrund der speziellen Technik sind LNG-Tankstellen deutlich kostenintensiver bei der Errichtung als Diesel-Tankstellen. Erst durch ausreichend hohen Absatz können die spezifisch höheren Abschreibungskosten einer LNG-Tankstelle auf die LNG-Fahrzeuge bzw. auf einen wettbewerbsfähigen Kraftstoffpreis umgelegt werden.