水環式真空泵葉輪被偏心的安裝在泵體中，當葉輪旋轉時，進入水環泵泵體的水被葉輪拋向四周，由于離心力的作用，水形成了一個與泵腔形狀相似的等厚度的封閉的水環。水環的上部內表面恰好與葉輪輪轂相切，水環的下部內表面剛好與葉片頂端接觸。此時，葉輪輪轂與水環之間形成了一個月牙形空間，而這一空間又被葉輪分成與葉片數目相等的若干個小腔。如果以葉輪的上部0°為起點，那么葉輪在旋轉前180°時，小腔的容積逐漸由小變大，壓強不斷的降低，且與吸排氣盤上的吸氣口相通，當小腔空間內的壓強低于被抽容器內的壓強，根據氣體壓強平衡的原理，被抽的氣體不斷地被抽進小腔，此時正處于吸氣過程。當吸氣完成時與吸氣口隔絕，從Ⅱ-Ⅱ到Ⅲ-Ⅲ斷面，小腔的容積正逐漸減小，壓力不斷地增大，此時正處于壓縮過程，當壓縮的氣體提前達到排氣壓力時，從輔助排氣閥提前排氣。從斷面Ⅲ-Ⅲ到Ⅰ-Ⅰ，而與排氣口相通的小腔的容積進一步地減小壓強進一步的升高，當氣體的壓強大于排氣壓強時，被壓縮的氣體從排氣口被排出，在泵的連續運轉過程中，不斷地進行著吸氣、壓縮、排氣過程，從而達到連續抽氣的目的。

水環式真空泵及壓縮機是用來抽吸或壓縮空氣和其它無腐蝕性、不溶于水、不含固體顆粒的氣體，以便在密閉容器中形成真空和壓力，吸入氣體中允許混有少量液體。

在工業生產的許多工藝過程中，如真空過濾、真空引水、真空送料、真空蒸發、真空濃縮、真空回潮和真空脫氣等，水環泵得到廣泛的應用。由于真空應用技術的飛躍發展，水環泵在粗真空獲得方面一直被人們所重視。由于水環泵中氣體壓縮是等溫的，故可抽除易燃、易爆的氣體，此外還可抽除含塵、含水的氣體，因此，水環泵應用日益增多。