Pompa sentrifugal bertingkatmempunyai prinsip yang sama dengan pompa sentrifugal standar, yaitu memanfaatkan putaran impeler di dalam pompa dan gaya sentrifugal untuk mengangkut fluida.
Perbedaan pompa sentrifugal multistage terletak pada struktur internalnya, yang menggabungkan beberapa impeler tunggal yang disusun secara seri. Desain ini memungkinkan tekanan ditingkatkan, memungkinkan pompa mencapai aplikasi head yang lebih tinggi.
Ketika impeler apompa sentrifugal bertingkatberputar berlawanan arah jarum jam, cairan di dalamnya didorong keluar oleh bilah impeler. Di bawah aksi gaya sentrifugal, cincin annular tertutup yang sesuai dengan bentuk selubung pompa terbentuk. Bagian bawah cincin ini bersinggungan dengan hub impeler, sedangkan bagian atasnya bersentuhan dengan ujung sudu. Hal ini menciptakan ruang berbentuk bulan sabit antara hub impeler dan cincin cairan, yang selanjutnya dibagi oleh bilah impeler menjadi serangkaian ruang kecil yang jumlahnya sama dengan bilah.
Mengambil titik bawah (0°) impeler sebagai posisi awal, selama putaran pertama 180°, volume setiap ruang kecil secara bertahap meningkat. Saat mengembang, ruang tersebut terhubung dengan lubang hisap di permukaan ujung, memungkinkan gas untuk ditarik masuk. Setelah pengisapan selesai, ruang tersebut diisolasi dari lubang hisap. Saat impeller terus berputar, volume ruangan mengecil, sehingga menekan gas yang terperangkap. Akhirnya, ketika ruang sejajar dengan lubang pelepasan, gas terkompresi dikeluarkan dari pompa.