在油桶泵的两个对称工作腔中，各装有一块有弹性的隔膜，联杆将两块隔膜结成一体，压缩空气从泵的进气接头进入不锈钢油桶泵后，推动两个工作腔内的隔膜，驱使联杆联接立式离心泵的两块隔膜同步运动。与此同时，另一工作腔中的气体则从隔膜的背后排出泵外。
油桶泵一旦到达行程终点，配气机构则自动地将压缩空气引入另一个工作腔，推动隔膜朝相反方向运动，这样就形成了两个隔膜的同步往卧式多级离心泵复运动。每个工作腔中设置有两个单向球阀，隔膜的往复运动，造成工作腔内容积的改变，迫使两个单向球阀交替地开启和关闭，从而将液体连续地吸入和排出。
