水環(huán)真空泵內(nèi)裝有帶固定葉片的偏心轉(zhuǎn)子，水（液體）被拋向定子壁，之后形成與定子同心的液環(huán)。液環(huán)與轉(zhuǎn)子葉片一起構(gòu)成可變?nèi)莘e的一種旋轉(zhuǎn)變?nèi)莘e真空泵。當(dāng)葉輪順時針方向旋轉(zhuǎn)時，水被葉輪拋向四周，由于離心力的作用，水形成一個決定于泵腔形狀的近似于等厚度的封閉圓環(huán)。此時葉輪輪殼與水環(huán)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(shù)目相等的若干個小腔。葉輪在旋轉(zhuǎn)過程中，前半周期小腔容積由小變大，且與端面上的吸氣口相通，氣體被吸入；后半周期小腔容積由大變小，使氣體被壓縮；當(dāng)小腔與排氣口相通時，氣體被排出泵外。隨著葉輪的穩(wěn)定轉(zhuǎn)動，吸排氣過程連續(xù)不斷地進(jìn)行，因此可以連續(xù)不斷地抽吸氣體。為了保持恒定的水環(huán)，在運(yùn)動過程中需要不斷向泵內(nèi)供水。
此外，水環(huán)真空泵在工作時，還可以通過水對氣體進(jìn)行冷卻，以降低氣體溫度，從而將高溫氣體壓縮成高密度流體。氣體在壓力作用下受到葉輪的旋轉(zhuǎn)力推動，沿葉輪的旋轉(zhuǎn)方向螺旋上升，并被排放出真空泵。