喷油泵的工作原理主要涉及吸油和压油两个关键过程。首先，当柱塞处于下部位置时，柱塞套的两个油孔打开，燃油通过油孔迅速注满油室。当凸轮推动滚轮体的滚轮，柱塞上升，直至油孔被柱塞上端面挡住，这个阶段称为预行程。柱塞继续上升，油压上升，当压力超过出油阀弹簧弹力和上部油压时，出油阀开启，燃油压入油管，输送至喷油器，这标志着压油过程的开始。
理论供油始点是指柱塞套进油孔被完全挡住的时刻，而压油过程一直持续到柱塞的螺旋斜边让开回油孔。当斜边打开回油孔，高压油流回泵体，柱塞套油压骤降，出油阀关闭，喷油停止。柱塞套上回油孔被斜边打开的时刻则为理论供油终点。在整个柱塞行程中，仅有柱塞上行的中间部分为压油行程，这部分被称为柱塞的有效行程。
为了适应柴油机负载变化，喷油泵的供油量需要在全负荷到零供油量之间调整。通过齿杆和转动套，柱塞的转动改变了供油始末时间，从而调整供油量。如供油终点调节法，柱塞斜边位置的变化直接影响供油量。此外，还有供油始点调节法和同时改变供油始末点的方法，适用于不同类型的柴油机。
柱塞是喷油泵的核心部件，其结构多样，但基本包括螺旋线型和直线型斜槽。我国2号系列泵采用直线型斜槽柱塞，回油通过中心孔，便于加工和维修。柱塞上的螺旋槽或斜槽方向对供油量有影响，右旋用于右侧调速器，左旋用于左侧调速器。
喷油泵是汽车柴油机上的一个重要组成部分。喷油泵总成通常是由喷油泵、调速器等部件安装在一起组成的一个整体。其中调速器是保障柴油机的低速运转和对最高转速的限制，确保喷射量与转速之间保持一定关系的部件。而喷油泵则是柴油机最重要的部件，被视为柴油发动机的“心脏”部件，它一旦出问题会使整个柴油机工作失常。