水環式真空泵主要部件是葉輪和殼體，葉輪是由葉片和輪轂構成，葉片有徑向平板式，也有向前（向葉輪旋轉方向）彎式。殼體內部形成一個圓柱體空間，葉輪偏心地裝在這個空間內，同時在殼體的適當位置上開設吸氣口和排氣口。吸氣口和排氣口開設在葉輪側面殼體的氣體分配器上，形成吸氣和排氣的軸向通道。
殼體不僅為葉輪提供工作空間，更重要的作用是直接影響泵內工作介質（水）的運動，從而影響泵內能量的轉換過程。
水環式真空泵泵工作之前，需要向泵內注入一定量的水，此部分水起著傳遞能量和密封作用。當葉輪在電動機驅動下轉動時，水在葉片推動下獲得圓周速度，由于離心力的作用，水向外運動，即水有離開葉輪輪轂流向殼體內表面的趨勢，從而就在貼近殼體內表面處形成一個運動著的水環。由于葉輪與殼體是偏心的，水環內表面也與葉輪偏心。由水環內表面、葉片表面、輪轂表面和殼體的兩個側蓋表面圍成許多互不相通的小腔室。由于水環與葉輪偏心，因此處于不同位置的小腔室的容積是不相同的。小腔室隨著葉輪的旋轉，它的容積是不斷變化的。如果能在小腔室的容積由小變大的過程中，使之與吸入的氣體相通，就會不斷地吸入氣體。當這個腔室的容積由大變小時，使之封閉，這樣已經吸入的氣體就會隨著空間容積的減小而被壓縮。氣體被壓縮到一定程度后，使該空間與排氣口相通，即可以排出已經被壓縮的氣體。
泵體內充滿適量的水作為工質。當葉輪在順時針旋轉時，水被葉輪拋出。由于離心力，水根據泵室的形狀形成大致相等厚度的閉合環。水環下部的內表面與葉輪輪轂相切，水環的上部內表面剛剛與葉片的尖端接觸（實際上葉片在葉片內部具有一定的插入深度。此時，在葉輪輪轂和水環之間形成新月形空間，并且該空間被葉輪分成多個與葉片數量相等的小空腔。如果葉輪的下部為0°，則小腔的體積從旋轉前的180°變小，并且與端面上的吸入口連通。此時，吸入氣體，吸入結束時，腔體變小。它與吸氣口隔離;當葉輪繼續旋轉時，小腔變得越來越小，從而壓縮氣體;當小腔與排氣口連通時，氣體排出泵外。