水环式真空泵主要部件是叶轮和壳体，叶轮是由叶片和轮毂构成，叶片有径向平板式，也有向前（向叶轮旋转方向）弯式。壳体内部形成一个圆柱体空间，叶轮偏心地装在这个空间内，同时在壳体的适当位置上开设吸气口和排气口。吸气口和排气口开设在叶轮侧面壳体的气体分配器上，形成吸气和排气的轴向通道。
壳体不仅为叶轮提供工作空间，更重要的作用是直接影响泵内工作介质（水）的运动，从而影响泵内能量的转换过程。
水环式真空泵泵工作之前，需要向泵内注入一定量的水，此部分水起着传递能量和密封作用。当叶轮在电动机驱动下转动时，水在叶片推动下获得圆周速度，由于离心力的作用，水向外运动，即水有离开叶轮轮毂流向壳体内表面的趋势，从而就在贴近壳体内表面处形成一个运动着的水环。由于叶轮与壳体是偏心的，水环内表面也与叶轮偏心。由水环内表面、叶片表面、轮毂表面和壳体的两个侧盖表面围成许多互不相通的小腔室。由于水环与叶轮偏心，因此处于不同位置的小腔室的容积是不相同的。小腔室随着叶轮的旋转，它的容积是不断变化的。如果能在小腔室的容积由小变大的过程中，使之与吸入的气体相通，就会不断地吸入气体。当这个腔室的容积由大变小时，使之封闭，这样已经吸入的气体就会随着空间容积的减小而被压缩。气体被压缩到一定程度后，使该空间与排气口相通，即可以排出已经被压缩的气体。
泵体内充满适量的水作为工质。当叶轮在顺时针旋转时，水被叶轮抛出。由于离心力，水根据泵室的形状形成大致相等厚度的闭合环。水环下部的内表面与叶轮轮毂相切，水环的上部内表面刚刚与叶片的尖端接触（实际上叶片在叶片内部具有一定的插入深度。此时，在叶轮轮毂和水环之间形成新月形空间，并且该空间被叶轮分成多个与叶片数量相等的小空腔。如果叶轮的下部为0°，则小腔的体积从旋转前的180°变小，并且与端面上的吸入口连通。此时，吸入气体，吸入结束时，腔体变小。它与吸气口隔离;当叶轮继续旋转时，小腔变得越来越小，从而压缩气体;当小腔与排气口连通时，气体排出泵外。