由于蒸氣流的上方被抽氣體的分壓強大于蒸氣流內該氣體的分壓強，故氣體分子不斷地由較高分壓強區向較低分壓強區的蒸氣流中擴散，并被超音速的蒸氣流分子碰撞，氣體分子因而得到一個指向泵前級方向的速度分量，從宏觀上看，好象氣體分子被蒸氣流逐級向下推送。原來體積較大、壓強較低的氣體，經過幾級蒸氣流的壓縮后，到達前級空間時，已成為體積較小、壓強較高(10-3托以上)的氣休，隨即被前級機械泵抽走。而從噴口噴出的蒸氣流落到水冷泵壁上，被冷凝成液體流回到分餾鍋內，再受熱變成蒸氣。如此反復循環，逐漸在噴嘴的上端和附近便形成了一個低壓強區域，被抽容器內的壓強便不斷降低。

高速的蒸氣流對前級真空室里的高壓強氣體來說，如同一道屏障，阻止它返回高真空端。這種泵高真空端壓強一般可低到10-8托以下，而前級壓強可高前10-1托，因此，氣體壓縮比高達億倍以上，這也是其他泵種無法比擬的優點。但由于種種原因，泵液蒸氣分子不可避免的會返流入高真空端而污染真空系統和被抽容器或器件，這是必須設法消除的。經過人們多年對擴散泵的泵型結構、抽氣機理研究，對使用各種類型阱在不同條件下的擋油效率的研究，對擴散泵液、返油機理、擋油帽結構等問題的研究，使擴散泵技術取得了可觀的進展:抽速效率(何氏系數)可做到大于50%,最大工作能力每千瓦高于1托·升/秒，前級反壓強優于0.5托，不用冷阱直接抽氣極限壓強可達1 x10-9托，抽氣速率比老式泵已提高兩倍，最大容許排出壓強、耐久性等均得到加強。總的來說，關鍵的問題是由于低蒸氣壓泵液和返流控制研究的進展，才使得用油擴散泵來獲得超高或極高真空和“清潔”真空成為可能。只要能徹底防止材料溶解氫的影響、徹底烘烤去氣、防止滲透，即盡量減少材料和泵壁放氣帶來的污染，用擴散泵獲得最終極限壓強達10-16托量級目前看來是有可能的。