机械泵由电机和泵体两大部分组成。普通型机械泵由电机通过皮带带动泵轴旋转；直连型机械泵是电机直接与泵轴连接，无中间传动环节。机械泵是利用气体膨胀、压缩、排出的原理，把气体从容器里抽出的。之所以称之为机械泵，是因为它是利用机械的方法，周期性地改变泵内吸气腔的容积，使容器中的气体不断地通过泵的进气口膨胀到吸气腔中，然后通过压缩经排气口排出泵外。改变泵内吸气腔容积的方式有活塞往复式、定片式和旋片式，分别称为往复式机械泵、定片式机械泵和旋片式机械泵。由于实际应用中，旋片式机械泵使用较多，以旋片式机械泵为例说明其工作原理。

    旋片机械泵主要由圆柱空腔定子、偏心转子、旋片、弹簧、顶盖和排气阀等零件组成。偏心转子的顶端始终保持与泵体定子内腔接触，当偏心转子旋转时，始终沿定子的内壁滑动。转子上开有两个滑槽，分别安装一个旋片，中间有一个弹簧，当旋片随转子旋转时，借助弹簧张力和离心力，使两旋片紧贴在定子内壁滑动。整个空腔放在油箱内。
    两个旋片把转子、定子内腔和定盖所围成的月牙形空间分隔成A、B、C三个部分，分别叫做吸气腔、压缩腔和排气腔。当转子按图示方向旋转时，与进气口相通的空间A的容积不断地增大，A空问的压强不断地降低，当A空间内的压强低于被抽容器内的压强，根据气体压强平衡的原理，被抽的气体不断地被抽进吸气腔A，此时压缩腔B空间的容积正逐渐减小，气体压力不断地增大，同时与排气口相通的排气腔C的容积进一步地减小，排气腔C的空间压强进一步地升高，当气体的压强大于排气压强时，被压缩的气体推开排气阀，穿过油箱内的油层而排至大气中。如图二所示，在泵的连续运转过程中，不断地进行着吸气、压缩、排气过程，从而达到连续抽气的目的。 显然转子的转速愈快，则泵的抽速愈大。机械泵的转速一般在450~1400r/min之间，因为转速太高，密封极为困难。排气阀浸在油里，以防止大气流人泵中。为保证吸气腔和排气腔之间不漏气，除保证紧密接触之外，还采用蒸气压力较低且有一定薪度的专用机械泵油，并使油通过泵体上的间隙、油孔及排气阀进人泵腔，使泵腔内所有运动的表面被油覆盖，形成了吸气腔与排气腔的密封。此外机械泵油还起着润滑和帮助在气体压强较低时打开排气阀门的作用。同时机械泵油还可充满了一切有害空间，以消除它们对极限真空的影响。
    上面讨论的机械泵只有一个转子，称为单级旋片式真空泵，它所能达到的极限压强为1Pa。为提高极限压强，通常采用双级泵结构，即将两个单级泵串联起来，可使极限压强达到十的负二次方Pa数量级。