低溫泵的工作原理是利用氣體在超低溫表面發生物理吸附而達到排氣的效果，是獲得潔凈真空的一種有效、快捷的方法。
低溫泵能夠達到極高真空(10-11 Pa)，有排氣速度快、無油和安裝方向不受限制等優點。
1—一級冷臺；2—二級冷臺；3—低溫罩；4—屏蔽罩；5—擋板
低溫泵的一級冷臺上，設置屏蔽罩和擋板，溫度維持在80K。二級冷臺維持在15K，上面設置低溫罩和活性炭吸附劑。
水蒸氣凝固在80K屏蔽罩和80K擋板上；氮氣、氧氣和氬氣凝固在15K低溫罩上；
氫氣、氦氣和氖氣被吸附在15K低溫罩內側的吸附劑上。
低溫泵可以對所有氣體排氣，但是如果吸附的氣體量過多，則排氣速度降低。
這時，需要將低溫泵加熱，放出吸附的氣體后，重新使用。