叶轮被偏心的安装在泵体中，当叶轮按图示方向旋转时，进入水环泵泵体的水被叶轮抛向四周，由于离心力的作用，水形成了一个与泵腔形状相似的等厚度的封闭的水环。水环的上部内表面恰好与叶轮轮毂相切，水环的下部内表面刚好与叶片顶端接触（实际上，叶片在水环内有一定的插入深度）。此时，叶轮轮毂与水环之间形成了一个月牙形空间，而这一空间又被叶轮分成与叶片数目相等的若干个小腔。如果以叶轮的上部0°为起点，那么叶轮在旋转前180°时，小腔的容积逐渐由小变大，压强不断的降低，且与吸排气盘上的吸气口相通，当小腔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小腔，此时正处于吸气过程。当吸气完成时与吸气口隔绝，小腔的容积正逐渐减小，压力不断地增大，此时正处于压缩过程，当压缩的气体提前达到排气压力时，从辅助排气阀提前排气。而与排气口相通的小腔的容积进一步地减小压强进一步的升高，当气体的压强大于排气压强时，被压缩的气体从排气口被排出，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。
    在水环泵中，辅助排气阀是一种特殊结构，一般采用橡皮球阀，它的作用是消除泵在运转过程中产生的过压缩与压缩不足的现象。这两种现象都会引起过多的功率消耗。因为水环泵没有直接的排气阀，而且排气压力始终是固定的，水环泵的压缩比决定于进气口的终止位置和排气口的起始位置，然而这两个位置是固定不变的，因而不适应吸入压力变化的需要。为了解决这个问题，一般在排气口下方设置橡皮球阀，以便当泵腔内过早达到排气压力时，球阀自动开启，气体排出，消除了过压缩现象。一般在设计水环泵时都以吸入压力来确定压缩比，以此来确定排气口的起始位置，这样就解决了压缩不足的现象。