Máy bơm ly tâm nhiều tầngcó nguyên lý giống như máy bơm ly tâm tiêu chuẩn, sử dụng chuyển động quay của cánh quạt bên trong máy bơm và lực ly tâm để vận chuyển chất lỏng.
Sự khác biệt của máy bơm ly tâm nhiều tầng nằm ở cấu trúc bên trong, kết hợp nhiều cánh quạt đơn được sắp xếp nối tiếp. Thiết kế này cho phép tăng áp suất, giúp máy bơm đạt được các ứng dụng có cột áp cao hơn.
Khi bánh công tác của mộtbơm ly tâm nhiều tầngquay ngược chiều kim đồng hồ, chất lỏng bên trong được đẩy ra ngoài nhờ các cánh quạt. Dưới tác dụng của lực ly tâm, một vòng hình khuyên khép kín phù hợp với hình dạng của vỏ bơm được hình thành. Phần dưới của vòng này tiếp xúc chính xác với trục bánh công tác, trong khi phần trên của nó tiếp xúc với các đầu lưỡi dao. Điều này tạo ra một không gian hình lưỡi liềm giữa trục cánh quạt và vòng chất lỏng, được chia tiếp bởi các cánh cánh quạt thành một loạt các khoang nhỏ có số lượng bằng với các cánh quạt.
Lấy điểm dưới cùng (0°) của bánh công tác làm vị trí bắt đầu, trong lần quay 180° đầu tiên, thể tích của từng khoang nhỏ tăng dần. Trong khi mở rộng, buồng kết nối với cổng hút ở mặt cuối, cho phép hút khí vào. Sau khi hút xong, buồng sẽ tách biệt khỏi cổng hút. Khi bánh công tác tiếp tục quay, thể tích của buồng giảm xuống, nén khí bị mắc kẹt lại. Cuối cùng, khi buồng thẳng hàng với cổng xả, khí nén sẽ được đẩy ra khỏi máy bơm.