水環真空泵是帶有多葉片的轉子偏心裝在泵殼內。當它旋轉時，把液體拋向泵殼并形成與泵殼同心的液環，液環同轉子葉片形成了容積周期變化的旋轉變容真空泵。
水環真空泵就是這種靠偏置葉輪在泵腔內回轉運動使工作室容積周期性變化以實現抽氣的真空泵。它的工作室由旋轉液環和葉輪構成，其結構和工作原理與液環壓縮機相似。下面這個3D動畫比較直觀：
當工作液體為水時，稱水環式真空泵，水環真空泵是一種粗真空泵，它所能獲得的極限真空為2000~4000 Pa，串聯大氣噴射器可達270~670
Pa。
當葉輪按圖中順時針方向旋轉時，水被葉輪拋向四周，由于離心力的作用，水形成了一個決定于泵腔形狀的近似于等厚度的封閉圓環。水環的下部分內表面恰好與葉輪輪轂相切，水環的上部內表面剛好與葉片頂端接觸(實際上葉片在水環內有一定的插入深度)。此時葉輪輪轂與水環之間形成一個月牙形空間，而這一空間又被葉輪分成和葉片數目相等的若干個小腔。如果以葉輪的下部0°為起點，那么葉輪在旋轉前180°時小腔的容積由小變大，且與端面上的吸氣口相通，此時氣體被吸入，當吸氣終了時小腔則與吸氣口隔絕;當葉輪繼續旋轉時，小腔由大變小，使氣體被壓縮;當小腔與排氣口相通時，氣體便被排出泵外。