油擴散泵是利用低壓、高速和定向流動的油蒸氣射流抽氣的真空泵。這種泵的極限真空為10-4～10-5帕，工作壓力範圍為10-1～10-4帕，抽速範圍為幾十至十幾萬升/秒（1升=10-3米3）。油擴散泵是獲得高真空的主要裝置，廣泛用於真空冶煉、真空鍍膜、空間模擬試驗和對油汙染不敏感的一些真空系統中。

油擴散泵主要由泵體、擴散噴嘴、蒸氣導管、油鍋、加熱器、擴散器、冷卻系統和噴射噴嘴等部分組成。當油擴散泵用前級泵預抽到低於1帕真空時,油鍋可開始加熱。沸騰時噴嘴噴出高速的蒸氣流，熱運動的氣體分子擴散到蒸氣流中，與定向運動的油蒸氣分子碰撞。氣體分子因此而獲得動量，產生和油蒸氣分子運動方向相同的定向流動。到前級，油蒸氣被冷凝，釋出氣體分子，即被前級泵抽走而達到抽氣目的。

泵油的蒸氣壓直接影響泵的真空效能。但油擴散泵所使用的任何泵油，都是蒸氣壓不同的多組分的混合物。因此，要提高油擴散泵的抽氣和真空效能，泵在工作中自身還要對泵油進行分餾和淨化。分餾目的是使高蒸氣壓組分的油不進入高真空工作噴嘴（高真空端的噴嘴）；淨化目的是使高蒸氣壓組分的油在工作過程中不斷為前級泵所抽除，使油逐漸趨於純淨. 泵油分餾主要是利用泵油各組分的蒸發溫度不同，使它們分別在不同的鍋爐面積上蒸發。當工作後冷凝迴流的泵油流到有保溫罩部分的泵壁時，油即得到預加熱，隨即流到油鍋周邊,經鍋底環形加熱器加熱,輕餾分的油達到蒸發溫度便在外層蒸發而進入低真空工作噴嘴 (靠近前級泵的噴嘴);未能蒸發的某些輕餾分油也因比重較其他餾分油小而浮到油麵上。由於外層蒸氣導管的限制，這部分餾分蒸發後仍進入低真空工作噴嘴。重餾分的油在外層蒸氣導管中因未達到蒸發溫度而未蒸發，遂從外層由鍋底間的縫隙流到油鍋中心蒸發，進入高真空工作噴嘴。輕、重餾分的油蒸氣這樣分道供給低真空工作噴嘴和高真空工作噴嘴這一過程謂之分餾。從噴射噴嘴噴出的油蒸氣在前級得不到充分的冷卻，蒸氣中的輕餾分即未能完全冷凝而被前級泵抽除。如此迴圈工作，泵油中的輕餾分便越來越少，重餾分的比例則越來越大，泵油便逐漸趨於純淨。這一過程謂之淨化。泵油的分餾和淨化，對提高泵的極限真空有重要作用。