Bơm chân không Turbomolecular hoạt động với nguyên lý của một lưỡi tuabin. Các cánh quạt quay nhanh truyền động lượng cho các phân tử khí và chuyển động ngẫu nhiên ban đầu của chúng được thay đổi thành dòng chảy được kiểm soát trong thân bơm. Quá trình bơm của bơm chân không phân tử chuyển động các phân tử khí thông qua bơm từ mặt bích đầu vào áp suất thấp đến cổng xả áp suất cao. Để tạo động lượng này trong các phân tử khí, các đầu của cánh quạt phải di chuyển ở tốc độ cao (> 30.000 phút ^-1 ).

Thiết kế cánh quạt nhỏ gọn là tốt nhất trong lớp với hiệu suất và thông lượng cao nhất kết hợp với một dấu chân nhỏ. Công nghệ kéo phân tử tích hợp cho phép áp lực foreline cao hơn dẫn đến hiệu quả hệ thống cao và yêu cầu máy bơm lùi nhỏ hơn. Một loạt các máy bơm chân không phân tử sử dụng vòng bi gốm được bôi trơn vĩnh viễn với thời gian trung bình đến sự cố (MTTF) vượt quá 200.000 giờ hoạt động.