气冷罗茨真空泵的工作原理在泵腔内，有二个“ 8 ”字形的转子相互垂直地安装在一对平行轴上，由传动比为 1 的一对齿轮带动做彼此反向的同步旋转运动。在转子之间，转子与泵壳内壁之间，保持有一定的间隙。由于罗茨泵是一种无内压缩的真空泵，通常压缩比很低，故中、高真空罗茨泵需要前级泵。因此，罗茨泵的极限真空除取决于泵本身结构和制造精度外，还取决于前级泵的极限真空度。
罗茨泵的工作原理既具有容积泵的工作原理，又有分子泵的抽气效应。图 16 为罗茨泵的工作原理图。
由于转子的连续旋转，被抽气体从泵进气口吸入到下转子与泵壳之间的空间 V0 内，吸气后 V0 空间是全封闭状态。随着转子的转动，封闭的 V0 空间与排气口相通，由于排气侧气体压力较高，引起一部分气体反冲过来，使 V0 空间内的气体压力突然增高。当转子继续转动时， V0 空间内原来封入的气体连同反冲的气体一起被排向泵外。这时，上转子又从泵入口封入 V0 体积的气体。由于泵的连续运转，使两个转子不停地形成封闭空间 V0 又不停地将封闭空间玑内的气体排出泵外，从而实现了抽气的目的。
转子主轴旋转一周共排出四个 V0 体积的气体。所以，泵的理论抽速为： (5.1)
式中 A0 ──泵腔的有效吸气面积 mm2
n ──泵轴的转数 r/min
L ──转子的长度 mm