Хорошо известно, что ионизованные газы намного более физически и химически активны по сравнению с нейтральными молекулами. Этим объясняется явление постепенного исчезновения газа в работающих тиратронных и любых других газоразрядных трубках низкого давления. Этот паразитный эффект, вызывающий нарушение работы электровакуумных приборов, широко исследовался на протяжении ряда лет, причем исследования были направлены, главным образом, на разработку методов, ослабляющих его.

С точки зрения вакуумной техники этот эффект также считался нежелательным, поскольку гибель ионов в ионных вакуумметрах приводит к искажению информации о фактическом давлении в вакуумной системе. И только в 1950-х гг. была реализована возможность использования этого явления для откачки газа (ионный насос). В настоящее время насосы этого типа широко применяются в установках сверхвысокого вакуума.

Эффект ионного откачивания газов определяется, главным образом, следующими двумя причинами. Ионизованные молекулы активных газов, таких, как O₂, N₂, H₂ и CO₂, обладают значительно более высокой химической активностью по сравнению с нейтральными молекулами. Ионы, ускоряясь в электрическом поле, приобретают значительную кинетическую энергию и вследствие этого могут проникать в глубь поверхности, о которую они ударяются. Кроме того, возникают вторичные эффекты, обусловленные распылением металла катода при бомбардировке его ионами.

Образующиеся при этом частицы металла при столкновении с молекулами газа могут их захватывать, обеспечивая тем самым откачивание газа. Кроме того, частицы металла, осаждаясь на поверхности, создают поглощающую газ активную пленку, аналогичную пленке геттера в сублимационном насосе.

Таким образом, в ионном насосе необходимо обеспечить в первую очередь эффективную ионизацию молекул газа. При высоких давлениях, например атмосферном, длина свободного пробега электронов очень мала, и, следовательно, для ионизации газа требуется высокая напряженность электрического поля. При таких давлениях основным механизмом гибели ионов является их рекомбинация в газовой фазе, и откачивающий эффект будет незначительным. По мере уменьшения давления длина свободного пробега электронов увеличивается, соответственно уменьшается напряженность, необходимая для ионизации. При давлениях около 1 Па возникает значительный ионизационный ток, а рекомбинация ионов происходит, главным образом, на поверхности, обеспечивая эффективное связывание газа.

При более низких давлениях, например 10^-2 Па, длина свободного пробега электрона становится больше размеров вакуумной камеры  и вероятность ионизационного столкновения электрона с молекулой газа очень мала. В этом случае для ионизации необходимы поля с высокой напряженностью, а токи получаются слабыми. Таким образом, электрический разряд между двумя электродами создает откачивающий эффект только в сильно ограниченном диапазоне давлений порядка 1 Па.

С другой стороны, поскольку общее количество газа, которое может быть связано поверхностью, ограничено, такой способ откачки представляет интерес лишь в условиях низких давлений, когда эффекты насыщения не возникают. Поэтому ионные насосы следует рассчитывать на низкие давления. Для ионной откачки необходимо обеспечить высокую степень ионизации газа при низких давлениях, не прибегая при этом к слишком высоким напряжениям. С аналогичной проблемой сталкиваются при создании ионных вакуумметров, поэтому конструкции ионных вакуумметров и насосов схожи.

Известны два метода эффективной ионизации газа при низких давлениях: создание большого числа свободных электронов и увеличение пути ионизации. Поскольку эффективность образования электронов не слишком велика, их получение в больших количествах ограничено исключительно энергетическими соображениями. Поэтому, несмотря на желательность генерирования первичных электронов в значительном количестве, при конструировании ионных насосов обычно останавливаются на втором методе ионизации газа — увеличении пути ионизации.

Было предложено несколько вариантов электромагнитных полей, находясь в которых, электроны совершают либо колебательное движение, либо движутся по спирали в некотором ограниченном пространстве. Однако только некоторые из этих вариантов нашли применение в практических насосах, которые и будут рассмотрены в этом разделе.

Впервые ионную откачку для получения сверхвысокого вакуума применил Альперт. Он использовал ионный вакуумметр (впоследствии получивший название вакуумметра Байярда— Альперта) с горячим катодом для откачивания небольших отпаиваемых стеклянных объемов при отработке технологии сверхвысокого вакуума в Вестингаузской лаборатории в начале 1950-х гг.