在泵腔內(nèi)，有二個"8"字形的轉子相互垂直地安裝在一對平行軸上，由傳動比為1的一對齒輪帶動作彼此反向的同步旋轉運動。在轉子之間，轉子與泵殼內(nèi)壁之間，保持有一定的間隙，可以實現(xiàn)高轉速運行。由于羅茨泵是一種無內(nèi)壓縮的真空泵，通常壓縮比很低，故高、中真空泵需要前級泵。羅茨泵的極限真空除取決于泵本身結構和制造精度外，還取決于前級泵的極限真空。為了提高泵的極限真空度，可將羅茨泵串聯(lián)使用。

羅茨泵的工作原理與羅茨鼓風機相似。由于轉子的不斷旋轉，被抽氣體從進氣口吸入到轉子與泵殼之間的空間v0 內(nèi)，再經(jīng)排氣口排出。由于吸氣后v0空間是全封閉狀態(tài)，所以，在泵腔內(nèi)氣體沒有壓縮和膨脹。但當轉子頂部轉過排氣口邊緣，v0空間與排氣側相通時，由于排氣側氣體壓強較高，則有一部分氣體返沖到空間V0中去，使氣體壓強突然增高。當轉子繼續(xù)轉動時，氣體排出泵外。

羅茨泵的工作原理既具有容積泵的工作原理，又有分子泵的抽氣效應。由于轉子的連續(xù)旋轉，被抽氣體從泵進氣口吸入到下轉子與泵殼之間的空間 V0 內(nèi)，吸氣后 V0 空間是全封閉狀態(tài)。隨著轉子的轉動，封閉的 V0 空間與排氣口相通，由于排氣側氣體壓力較高，引起一部分氣體反沖過來，使 V0 空間內(nèi)的氣體壓力突然增高。當轉子繼續(xù)轉動時， V0 空間內(nèi)原來封入的氣體連同反沖的氣體一起被排向泵外。這時，上轉子又從泵入口封入 V0 體積的氣體。由于泵的連續(xù)運轉，使兩個轉子不停地形成封閉空間 V0 又不停地將封閉空間璣內(nèi)的氣體排出泵外，從而實現(xiàn)了抽氣的目的。