工作前泵内必须充以一定数量的工作水是水环式真空泵能够工作的必要条件。向泵充入水后，当叶轮旋转时，水被带动旋转，形成一紧贴泵壳内壁的水环，水环内表面与叶轮轮毅表面及两侧盖端面之间形成一个月牙形的工作空间。该空间被叶轮的叶片分隔成若干个互不相通的腔室。这些腔室的容积随着叶轮的回转将会周期性地变大和变小。显然，腔室容积变大时将吸入流体，腔体容积变小时将会挤压和排出流体。吸入、压缩和排出三个工作阶段便组成了水环式真空泵的一个工作循环。
以输送气体为例:
(1)吸入过程
当叶间转过图中的右半转时，由于叶片外端与偏心的泵壳间的距离增加，叶间的液体就会被甩出，使叶间腔室的容积逐渐增大，气体便通过侧面的吸入口被吸入。
(2)压缩过程
当叶间转过吸入口开始进入图示左半转时，由于泵壳与叶片外端的距离逐渐缩小，叶轮外按圆周方向高速流动的液流便会挤入叶间。这样，在叶间尚未与排出口相通时，其中的气体便受到压缩。
(3)排出过程
当叶间转到与排出口相通时，叶间腔室中的压力即会在瞬间与排出压力相平衡，并在叶轮随后的转动过程中，由于叶外的液体不断挤入叶间，从而将气体排出。 可见，水环式真空泵的工作原理与叶片泵有非常相似之处，即都是靠工作腔室的容积变化来产生吸排，但两者却有着重要的差别。
水环式真空泵中的定子是由一个旋转水环构成的，而这个水环是由叶轮给予工作水的动能所形成的。水环中的液体在右半转中是靠叶轮带动其回转而获得了一定的能量，并被甩到叶外的流道中;而在其进入左半转后，也就只能凭借其已获得的动能挤入叶间，压缩气体。
这样，叶轮外的液体流速必然会随着压力的增加而降低。当排出压力升高到一定的数值时，叶轮外液体的速度也就会降到很低，从而不能进入叶间去压缩气体。也就是说，水环式真空泵中的气体在压缩阶段压力能的增加，完全是靠工作水获自叶轮的动能转换而来的。
因此，水环式真空泵的排出压力不会像其他容积式泵那样会随排出负荷增加而不断增加到危险的程度，即水环式真空泵的最高工作压力(排出阀全关时的压力)有限。