水环式真空泵的设计原理基于水力机械的原理。
水环式真空泵内装有带固定叶片的偏心转子，是将水（液体）抛向定子壁，水（液体）形成与定子同心的液环，液环与转子叶片一起构成可变容积的一种旋转变容积真空泵。在泵体中装有适量的水作为工作液。当叶轮按图中顺时针方向旋转时，水被叶轮抛来抛去。由于离心力的作用，水形成了与泵腔形状相似的均匀厚度封闭圆环。此时叶轮轮毂与水环之间形成一个月牙形空间，而这一空间又被叶轮分成和叶片数目相等的若干个小腔。
以叶轮上部为起点，那么当叶轮转过一定角度时，小腔的容积由小到大逐渐加大，压力不断减小，与吸气口相通吸排气板上的端口。小腔空间内的压力低于被抽容器内的压力。根据气体压力平衡原理，被抽的气体不断被吸入小腔内，处于吸入过程中。抽吸完成后，与抽吸口隔离。从II-II段到III-III段，小腔体的体积逐渐减小，压力不断增加。此时，它处于压缩过程中。当提前达到排气压力时，从辅助排气阀提前排气。
水环式真空泵的工作原理是：水环式真空泵是靠泵腔容积的变化来实现吸入、压缩和排气的，所以属于变容量真空泵。
综上所述，水环式真空泵的设计原理主要基于水力机械的原理，通过改变泵腔的容积来实现气体的吸入、压缩和排出。
