油泵要有動力源才能運轉，它下部的凸輪軸是由發動機曲軸齒輪帶動的。噴油泵的關鍵零件是柱塞，如果以醫院常見的注射器做比喻，那么可移動的塞子就稱為柱塞，針筒就稱為柱塞套，假設在針筒里面安裝一只彈簧頂著柱塞一端，柱塞另一端接觸凸輪軸，當凸輪軸回轉一周，柱塞就會在柱塞套內上下移動一次，這就是噴油泵柱塞的基本運動方式。

 柱塞與柱塞套是加工十分精密的配套件。柱塞身上有一道傾斜槽，柱塞套上有小孔稱為吸入口，這個吸入口充滿著柴油，當柱塞傾斜槽對著吸入口時，柴油進入柱塞套內，柱塞被凸輪軸頂至一定高度時，柱塞傾斜槽與吸入口錯開，吸入口被封閉，使柴油既不能吸入也不能被壓出，柱塞繼續上升時壓迫柴油，柴油壓力到一定程度就會頂開單向閥蜂擁而出進入噴油嘴，再從噴油嘴進入氣缸燃燒室。柱塞每次排出一定量的柴油，只有一部分噴入氣缸，其余部分則由回油孔泄走，并利用增減泄走的回油量來調節噴油量。

當柱塞上升至“上上點”后往下移動，柱塞傾斜槽又會與吸入口相遇，柴油又被吸進柱塞套里面，再次重復上述的動作。直列式噴油泵每一組柱塞系統對應一個氣缸，4個氣缸就有4組柱塞系統，因此體積比較大，多用在中型以上汽車。例如公共汽車和大貨車上的柴油機一般用直列式噴油泵。

油泵有直列式、分配式和單體式三大類，不管哪一類，油泵的關鍵在于一個“泵”字。泵油的數量，壓力和時間都要非常精確，并且按照負荷自動調節。油泵是一個加工精細，制造工藝復雜的部件，國內外一般汽車柴油機的油泵都是由世界上少數幾個專業廠生產的。