在泵腔內，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的一對齒輪帶動做彼此反向的同步旋轉運動。在轉子之間，轉子與泵殼內壁之間，保持有一定的間隙。由于羅茨泵是一種無內壓縮的真空泵，通常壓縮比很低，故中、高真空羅茨泵需要前級泵。因此，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度。
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，吸氣后V0空間是全封閉狀態。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空間內的氣體壓力突然增高。當轉子繼續轉動時，V0空間內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的氣體排出泵外，從而實現了抽氣的目的。
