多級泵是離心泵的一種，也是依靠葉輪的旋轉在獲取離心力，從而物料，待氣體密度達到機械真空泵的工作范圍而被抽出，從而逐漸獲得高真空。
在多級泵體中裝有適量的水作為工作液。當葉輪按順時針方向旋轉時，水被葉輪拋向四周，由于離心力的作用，水形成了一個決定于泵腔形狀的近似于等厚度的封閉圓環。水環的下部分內表面恰好與葉輪輪轂相切，水環的上部內表面剛好與葉片頂端接觸（實際上葉片在水環內有一定的插入深度）。此時葉輪輪轂與水環之間形成一個月牙形空間，而這一空間又被葉輪分成和葉片數目相等的若干個小腔。
如果以葉輪的下部0°為起點，那么葉輪在旋轉前180°時小腔的容積由小變大，且與端面上的吸氣口相通，此時氣體被吸入，當吸氣終了時小腔則與吸氣口隔絕；當葉輪繼續旋轉時，小腔由大變小，使氣體被壓縮；當小腔與排氣口相通時，氣體便被排出泵外。綜上所述，多級泵是靠泵腔容積的變化來實現吸氣、壓縮和排氣的，因此它是可以變容積的離心泵。