水環式真空泵的工作原理是靠泵腔容積的變化來實現吸氣、壓縮和排氣的。
水環式真空泵由葉輪、泵體、吸排氣盤、水在泵體內壁形成的水環、吸氣口、排氣口、輔助排氣閥等組成的。在泵體中裝有適量的水作為工作液。當葉輪按圖中順時針方向旋轉時，水被葉輪拋向四周，由於離心力的作用，水形成了一個決定於泵腔形狀的近似於等厚度的封閉圓環。水環的下部分內表面恰好與葉輪輪轂相切，水環的上部內表面剛好與葉片頂端接觸（實際上葉片在水環內有一定的插入深度）。此時葉輪輪轂與水環之間形成一個月牙形空間，而這一空間又被葉輪分成和葉片數目相等的若干個小腔。
如果以葉輪的下部0°為起點，那麼葉輪在旋轉前180°時小腔的容積由小變大，且與端面上的吸氣口相通，此時氣體被吸入，當吸氣終了時小腔則與吸氣口隔絕；當葉輪繼續旋轉時，小腔由大變小，使氣體被壓縮；當小腔與排氣口相通時，氣體便被排出泵外。
