①進油過程:當噴油泵凸輪軸由曲軸驅動旋轉時，如果凸輪的凸起部分尚未與滾輪相接觸，柱塞則在柱塞彈簧8的作用下處於最下端位置。這時柴油從低壓油腔經進油孔流入柱塞上方的柱塞套筒內。

②壓油與供油過程:隨著凸輪的凸起部分與滾輪相接觸，柱塞開始上移,直至柱塞上端面將進油孔完全遮蔽時，柱塞上部成為密閉的空間。隨著柱塞繼續_上升，柴油受到壓縮，油壓迅速升高。柱塞上部的出油閥在油壓達到一定值時即被頂開,高壓的柴油即經高壓油管流向噴油器。當柱塞繼續上行，噴油泵繼續供油。

③停止供油過程:當柱塞上行到斜槽的上邊沿與回油孔的下邊沿相通時，供油過程即告結束。隨後回油孔與斜槽相通，柱塞上部的高壓油即透過柱塞中心的油孔和斜槽中的徑向孔流入低壓油腔，柴油壓力迅速降低，出油閥在出油閥彈簧2的作用下落入出油閥座，這時噴油泵停止向噴油器供油。當凸輪的最高點越過滾柱後，隨著凸輪的轉動，柱塞在柱塞彈簧8的作用下逐漸下落，當柱塞上端低於進油孔時，柴油又開始流入套簡內。

柱塞自開始供油到供油停止這一段距離稱為有效壓油行程，簡稱有效行程。顯然，改變有效壓油行程也就是改變了供油量。由發電機噴油泵的工作過程可知:噴油泵凸輪軸每轉一轉， 泵油機構透過噴油器可向燃燒室供油一次。

直列柱塞式噴油泵的驅動是由曲軸（正時齒輪）透過噴油泵正時齒輪來實現的，也就是說，直列柱塞式噴油泵由曲軸驅動的。

對於四衝程柴油機，噴油泵的轉速是曲軸轉速的二分之一，這也就是說，噴油泵正時齒輪的齒數是曲軸正時齒輪齒數的一倍。

直列柱塞式噴油泵的安裝有對正時的要求，這個需要特別注意。