工作在10-5Pa以上的超高真空机组具有扩散泵，分子泵超高真空机组和无油超高真空机组。该真空机组具有以下特征:
1.主真空泵的最高真空度很高，在10-7〜10-8pa以上
2.可以承受200〜450°C的高温烘烤。
3.主泵回油的分压非常低。
4.对真空泵送气体具有较强选择性的主泵应配备足够大的辅助泵。
5.要求真空室，管道，阀等的材料的气体输出率低，气体泄漏率小。
(1)扩散泵超高真空机组
以扩散泵为主泵的超高真空机组的极限真空度为10-7〜10-8Pa。
为了减少来自扩散泵前级的气体的反向扩散和机械泵油的反向扩散对极限真空的影响，可以在前级使用抽速小的扩散泵降低扩散泵的压缩比，减少小扩散。如果将钛升华捕集器添加到扩散泵的入口，则可以进一步降低来自扩散泵的氮气的分压，并且可以获得10-11
Pa的超高真空。
(2)分子泵超高真空装置
以分子泵为主泵的超高真空装置的极限真空度为10-8Pa，具有启动快，油污少的特点。
增加装置中的液氮捕集器可以提高抽速。水冷疏水阀位于机械泵的出口，以防止油蒸气进入系统。
(3)无油超高真空机组
不使用油作为工作流体且未用有机材料密封的真空机组称为无油超高真空机组。常用的主真空泵有低温泵，钛泵，溅射离子泵等，它们可以达到10-7〜10-8Pa的极限真空度。与抽油机相比，具有以下优点
1.可获得清洁的真空，无污染源。
2.当启动无油真空泵时，可以将预抽泵隔离。
3.如果抽水突然停止，则不会污染系统。
4.无油，无声音，无振动，改善了工作环境。
5.极限真空度高，抽速大，抽气时间短。