罗茨真空泵是一种双转子的容积式真空泵。在泵腔内有两个形状对称的转子，转子形状有两叶、三叶和四叶的。两个转子彼此朝相反方向旋转，由轴端齿轮驱动同步转动。转子彼此无接触，转子与泵腔壁也无接触，其间通常有0.15~1.0mm的间隙，泵腔靠间隙来密封。
由于罗茨泵泵腔内无摩擦，转子可高速运转，一般为1500~3000r/min，而且不必用润滑油，可实现无油清洁的抽气过程。泵的润滑部位仅限于轴承和齿轮，以及动密封处。泵没有往复运动部件，故可实现良好的动平衡。因而，罗茨泵运转平稳，转速高，尺寸小可获得大的抽速。
目前国内外的罗茨泵，多数为卧式结构，泵的进气口在上，排气口在下，这种卧式结构重心低，高速运转时稳定性好。罗茨泵的两个转子是通过一对高精度的齿轮来实现其相对同步旋转的。
泵的传动多为直联式的，大泵则有皮带传动的。电动机与传动齿轮，多设在转子轴的两侧，安装拆卸方便。主动轴传递的扭矩较大，轴要有足够的强度和刚度，轴与转子要固结牢靠。罗茨泵的密封很关键，主动轴外伸部分、两个转子的轴承与泵腔之间设有动密封，泵腔与各端盖设有静密封。
为了避免罗茨泵的误操作，一般多设有旁路溢流阀。根据对罗茨泵的特殊需要，也有将油的齿轮箱，轴承等部件与泵腔做成分离式结构的。
在罗茨泵的压缩过程中产生的热量被传到转子和泵体上。转子很难将热量传至泵外，而泵体的热量很容易被散失到周围大气中。因而转子与泵体之间就出现了温差。加剧了转子的热膨胀。当泵负荷增大时，转子膨胀会消失间隙，而被卡死。因此出现了气冷式罗茨泵，用冷却的气体或大气去直接冷却热态的转子，从而减少了转子与泵壳间的温差，提高了罗茨泵的抗热能力。
这种气冷式罗茨泵可用于高压差和高压缩比的情况下工作，这种泵的结构简单，冷却器与泵的出口相联，便于维修和更换。由于散热均匀，转子和泵体之间的间隙仍可保持很小，有利于泵容积效率的提高。