罗茨泵的工作原理与罗茨鼓风机相似。由于转子的不断旋转，被抽气体从进气口吸进到转子与泵壳之间的空间v0内，再经排气口排出。由于吸气后v0空间是全封闭状态，所以，在泵腔内气体没有压缩和膨胀。 但当转子顶部转过排气口边沿，v0空间与排气侧相通时，由于排气侧气体压强较高，则有一部分气体返冲到空间v0中往，负气体压强忽然增高。当转子继续转动时，气体排出泵外。如图为罗茨泵转子由0°转到180°的抽气过程。在0°位置时（图中a），下转子从泵进口封进v0体积的气体。当转到45°位置时（图中b），该腔与排气口相通。由于排气侧压强较高，引起一部分气体返冲过来。当转到90°位置时（图中c），下转子封进的气体，连同返冲的气体一起排向泵外。这时，上转子也从泵进口封进v0体积的气体。当转子继续转到135°时（图中d），上转子封进的气体与排气口相通，重复上述过程。180°（图e）位置和0°位置是一样的。转子主轴旋转一周共排出四个v0体积的气体。
随着真空应用的发展，真空泵的种类已发展了很多种，其抽速从每秒零点几升到每秒几十万、数百万升。随着真空技术在生产和科学研究领域中对其应用压强范围的要求越来越宽，大多需要由几种真空泵组成真空抽气系统共同抽气后才能满足生产和科学研究过程的要求，
结构简单，制造精度要求不高，容易加工。结构紧凑，泵的转数较高，一般可与电动机直联，无须减速装置。故用小的结构尺寸，可以获得大的排气量，占地面积也小。压缩气体基本上是等温的，即压缩气体过程温度变化很小。由于泵腔内没有金属磨擦表面，无须对泵内进行润滑，而且磨损很小。转动件和固定件之间的密封可直接由水封来完成。吸气均匀，工作平稳可靠，操作简单，维修方便。