汽油泵的工作原理主要是把汽油從油箱里吸出來，經過管道和汽油濾清器，再泵入化油器的浮子室。

機械燃油泵由凸輪軸或特殊軸驅動。軸轉動時，凸輪從轉動的杠桿下經過，迫使杠桿一端向上移動，杠桿另一端連著橡膠隔膜，從而向下拉隔膜產生吸力，讓燃油沿燃油管通過單向閥被吸入泵中。隨著凸輪繼續轉動，不再壓著杠桿，杠桿在回位彈簧作用下向后移動，回位彈簧推動隔膜，汽油通過另一個單向閥流向化油器。

電動泵有類似的隔膜和閥的結構，是由電磁閥提供對隔膜的拉動。電磁閥吸引鐵棒將隔膜拉下把汽油吸入腔室，行程結束時觸點分開切斷電流，膜片回位彈簧使膜片升起，連桿從觸點上拉離，觸點閉合，電磁閥又將連桿和膜片拉下。

多數機械和電氣系統只在化油器需要時泵油，也有系統是泵不斷向回路輸送汽油，化油器按需抽取。

電動汽油泵由電磁力代替凸輪軸驅動，能自由選擇安裝位置避免氣鎖。汽油噴射發動機電動汽油泵主要有兩種安裝類型，裝在供油管路中或油箱中。裝在供油管路中的布局范圍大，安裝拆卸方便，無需專門設計油箱，但吸油段長易氣鎖，工作噪音大，還要求油泵不泄漏，新型車上用得少。裝在油箱中的燃油管道簡單，噪音低，對燃油泄漏要求低，能保證燃油系統壓力穩定和充分冷卻，是當前主要趨勢。

工作時，汽油泵的流量既要滿足發動機轉動消耗，又要有足夠回油流量保證燃油系統壓力穩定和冷卻。要保養汽油泵，注意不能用含水物質抽真空，在烘箱除去大部分溶劑后用油泵抽真空，按正確順序使用真空泵，加入規定牌號潤滑油，燃油要干凈無雜質和水分。