Les compensateurs à cardan absorbent d'importantes courses angulaires dans plusieurs plans. Ils disposent d'une articulation à cardan annulaire ou rectangulaire, ce qui permet des rotations dans l'espace autour de l'axe x et z. Comme les systèmes angulaires, les compensateurs à cardan s’imposent là où se produisent d’importantes dilatations de la tuyauterie.

Avantages:
- compensation presque illimitée de mouvement
- faible contrainte des ancrages
- application en système modulaire
- utilisation de guidages standard
Désavantages:
- changement de direction systématique
- demande plus d’espace d‘installation que les
  compensateurs axiaux
- deux ou trois compensateurs sont nécessaires
  pour un système articulé