分子泵的工作原理主要基於氣體分子與高速旋轉的葉片碰撞，通過這種碰撞，氣體分子獲得定向流動的動量，從而被排出泵外。具體來說，分子泵的核心部件包括旋轉葉片和固定葉片。旋轉葉片以極高的速度旋轉，當氣體分子與這些高速旋轉的葉片發生碰撞時，它們獲得垂直於葉片表面方向的動量。這些氣體分子隨後與固定葉片碰撞，再次飛向下一個旋轉葉片，最終被彈出排氣口。這樣，氣體分子運動到排氣口的機率大於運動到吸氣口的機率，實現了抽氣的目的。
分子泵的類型包括牽引分子泵和渦輪分子泵。牽引分子泵利用分子牽引現象，通過高速運動的葉片表面攜帶氣體分子並使其按一定方向運動。而渦輪分子泵則依靠高速旋轉的動葉片和靜止的定葉片相互配合來實現抽氣。此外，還有複合分子泵，它是渦輪式和牽引式兩種分子泵的串聯組合，提供更高的真空度。
分子泵能夠達到非常高的真空度，常用於製造微晶片、電視和電子顯微鏡等需要極高真空環境的場合。它們在半導體加工、真空蒸發、光刻、電漿研究、質譜和納米顆粒製備等領域都有廣泛的套用。