涡轮分子泵是一种通过高速旋转的动叶轮传递动量给气体分子，从而使气体产生定向流动进而实现抽气的真空泵。这种泵具有启动速度快、能够抵抗多种射线照射、耐大气冲击等特点，且不会产生明显的气体存储和解吸效应，也不会造成严重的油蒸气污染。涡轮分子泵常被应用于需要极高真空环境的领域，如高能加速器、可控热核反应装置、重粒子加速器以及真空镀膜等。

涡轮分子泵的概念最早于1955年由德国的Willi Becker提出，并在此后不久发展出多种不同的结构形式。其中，常见的结构包括立式和卧式两种。涡轮分子泵的主要组成部分包括泵体、带有叶片的转子（即动叶轮）、静叶轮和驱动系统。动叶轮的外缘线速度可达气体分子热运动速度的水平，通常在150至400米/秒范围内。由于单个叶轮的压缩比较小，因此涡轮分子泵通常由多个动叶轮和静叶轮组合而成。这些叶轮交错排列，其几何尺寸大致相等，但叶片倾斜角度相反。每个动叶轮之间会安装一个静叶轮，以确保动、静叶轮之间的间隙约为1毫米，允许动叶轮在其间自由旋转。

涡轮分子泵的工作原理基于动叶轮和静叶轮间的相互作用。动叶轮的高速旋转使得气体分子在叶片两侧呈现出漫散射的状态。在叶轮的一侧，当气体分子接近某一位置时，它们会在特定的角度内发生反射，有些返回原侧，有些则穿过多层叶片到达另一侧。这种倾斜叶片的设计使得气体分子更倾向于从一侧穿过叶片到达另一侧，从而实现了抽气的作用。

涡轮分子泵的性能取决于其级数、转速以及所处理的气体种类。对于氮气或空气，其压缩比可以达到10^7至10^8倍；而对于氢气，则能达到10^8至10^9倍；而对于分子量较大的气体，如油蒸气，其压缩比甚至更高。泵的极限压力为10帕斯卡，工作压力范围为10^-1至10^-6帕斯卡，抽气速率可以从几十升每秒到几千升每秒不等。为了充分发挥涡轮分子泵的优势，它需要配合一个工作压力在1至10帕斯卡的前级真空泵使用。此外，分子泵通常由转速在10,000至60,000转/分钟的中频电动机直接驱动。

涡轮分子泵以其大抽速、无油、快速启动的特点著称。它可以适用于低真空至中、高真空，甚至是大气至超高真空的工况。然而，这种泵也存在一些缺点，如较高的成本、易受损件以及运行过程中可能产生的振动。