罗茨式真空泵的工作原理与罗茨鼓风机相似，如图1所示。在泵腔内，有两个相互垂直的“8”字形的转子安装在一对平行轴上，由一对传动比为1的齿轮带动，作彼此反向的同步旋转运动。
图1 罗茨式真空泵工作原理图
转子不断旋转，被抽气体从进气口吸入到转子与泵壳之间的空间内，再经排气口排出。在转子之间，转子与泵壳内壁之间，保持有一定的间隙，可以实现高转速运行。
由于罗茨真空泵无内压缩，通常压缩比很低，所以在高、中真空工作时，罗茨泵需要前级泵，或者也可将罗茨泵串联使用。
按其用途分，罗茨真空泵主要可以分为三类：
普通罗茨真空泵抽速从30L/s到20000L/s，包括带溢流阀的罗茨泵和不带溢流阀的罗茨泵。目前，普通罗茨泵广泛应用于真空冶炼、真空镀膜、真空浸渍、医药化工的蒸馏和精馏等各个领域。
气冷式罗茨真空泵（即气体循环冷却真空泵）主要由转子、泵体及冷却器等组成，其结构如图2所示。冷却气体从泵体的两侧进入泵的吸气腔，使泵体不会因压缩气体而出现过热，但对泵的抽气性能没有任何影响，由于这种特殊的结构设计，使其可以在高压差和高压缩比下长期可靠运行，这种对称结构可以保证泵在运行过程中压缩热达到平衡。
图2 气冷式罗茨泵结构示意图
气冷式罗茨真空泵泵的最大允许压差可达8.7×104Pa，可以直接排入大气。在普通罗茨泵不能承受的大负载、短时间抽气，大抽速的场合中，气冷式罗茨真空泵已得到广泛的应用。
但是，此泵不能单独使用，必须与前级泵串联使用，如滑阀泵、水环泵、旋片泵等。
水冷式罗茨真空泵工作原理与水冷式罗茨泵相似，其结构如图3所示，广泛应用于造纸及工业除尘等行业。
图3 水冷式罗茨真空泵结构示意图
国产罗茨真空泵应提高其综合性能，包括提高齿轮精度、转子加工精度及运动平稳性，降低轴承腔往泵工作腔的返油，选择合理间隙及改善轴承的安装方式等。按行业发展的需要，为提高罗茨泵长期运行的可靠性，罗茨真空泵可以向以下几个方向发展：
由于转轴不伸至大气，因而真空电机罗茨真空泵密封更严，彻底解决了轴封的漏油问题。特别适合使用在需要抽吸有污染性的、有放射性的气体的场合。
目前，国内的罗茨泵齿轮腔与泵腔、轴承腔与泵腔之间，多采用迷宫密封的方式。这种密封不能彻底隔断泵腔与齿轮腔和轴承腔。
泵在工作过程中，气体和水分会进入齿轮腔与轴承腔，引起两腔内的油乳化，大大缩短了轴承和齿轮的寿命。在真空灌装汽油、化工蒸馏气体等真空作业中，抽吸时需要抽气速率大于1450L/s并且要求在入口压力2500~6000Pa的条件下，真空泵能长期安全工作。
因而，必须研发完全隔断泵腔与轴承腔和齿轮腔的罗茨真空泵，隔断的密封形式也有待进一步的探讨。
变压吸附分离技术最广泛的应用是工业气体的分离提纯，例如化工行业的减压蒸馏和精馏；航空航天及电力行业的大容器快速抽真空；快速抽除釆煤过程中产生的瓦斯，还可以进一步回收瓦斯，解决目前采用水环泵造成的水资源污染的问题。
另外，由于罗茨真空泵组合与水蒸气喷射泵相比具有节能、启动快等显著特点，也可以在冶炼行业加以推广。
二级罗茨真空泵的极限压力可以达到（1~2.5）×103Pa，并能在大气压到（1.5~3）×103Pa范围工作；三级罗茨真空泵的极限压力可以达到50Pa，并能在大气压到100Pa范围工作；罗茨型干式泵是属于较大型的干式泵，由于可以替代罗茨水环机组，且又为干式易于回收被抽气体，在化学工业有着广泛的应用。
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