Принцип действия адсорбционных насосов, как и всех остальных насосов поверхностного действия, рассмотренных в последующих разделах, основан на процессах адсорбции и десорбции. Указывалось, что на любой поверхности в результате ее бомбардировки молекулами окружающего газа протекают одновременно и непрерывно процессы адсорбции и десорбции молекул газа.

Выяснено, что в процессе адсорбции возникают физические и химические связи между молекулами газа и поверхностью.  В условиях равновесия скорости адсорбции (v_ад) и десорбции v_дес равны между собой, и, следовательно число молекул газа, находящихся на поверхности, остается неизменным. Однако при нарушении условий равновесия, например вследствие изменения температуры поверхности или давления, молекулы газа, в зависимости от направления изменения равновесия, адсорбируются или десорбируются, и поверхность становится либо источником газа, либо насосом.

(3.2)

где В — константа, NA — число молекул газа, адсорбированных поверхностью единичной площади, Tn — температура поверхности и E — энергия связи (активации), определяемая силами межмолекулярного взаимодействия. Скорость адсорбции, согласно уравнению (1.45), равна

(3.3)

где / — коэффициент прилипания, характеризующий ту часть ударяющихся о поверхность молекул, которые удерживаются на ней за счет возникновения сил Ван-дер-Ваальса или химических связей, и Тг — температура газа. Таким образом, из уравнений (3.2) и (3.3) можно определить общую скорость dN/dt изменения количества молекул, адсорбированных поверхностью единичной площади:

(3.4)

Для того чтобы поверхность могла служить насосом, необходимо, чтобы dN/dt>0.  Другими словами, использование адсорбционного процесса для откачки газа основано на достижении оптимального соотношения между v_ад и v_дec. Для этого нужно увеличивать E и / и (или) уменьшать температуру поверхности Tn- Поскольку общая скорость откачки равна A(dN/dt), где А — эффективная площадь поверхности, получаем еще один параметр, определяющий скорость адсорбционной откачки. Однако следует иметь в виду, что в процессе адсорбции число адсорбированных молекул и, следовательно, скорость десорбции возрастают, что приводит к уменьшению скорости откачки до тех пор, пока в конце концов при dN/dt не установится новое равновесие.

Таким образом, адсорбционные насосы обладают ограниченной адсорбционной емкостью; поглотив определенное количество газов, насос достигает насыщения и прекращает свою работу. Общее количество адсорбированного газа зависит от величин коэффициента прилипания, энергии активации, температуры поверхности и ее площади.

В основе работы большинства насосов, альтернативных диффузионному, таких как ионные, сублимационные и криогенные, обсуждаемых в последующих разделах, так или иначе лежат адсорбционные процессы. Однако термин «адсорбционный насос» применяется только для таких насосов, в которых газ адсорбируется по физическому механизму в порах материала, охлаждаемого до температуры жидкого азота, и которые обычно используются для получения предварительного вакуума,— от атмосферного давления до ~1Па.

Впервые применил адсорбционный насос в конце девятнадцатого века Дьюар. В качестве поглощающего материала тогда использовался активированный древесный уголь (кокосовый или березовый), однако поглощение газа этими адсорбентами протекает по неконтролируемому механизму, приводя к противоречивым результатам. С появлением диффузионного насоса адсорбционные насосы были забыты, и только в 1950-х гг. вновь нашли применение, поскольку появилась потребность в насосах для создания свободного от примесей углеводородов предварительного вакуума в новых ионных насосах. Усовершенствование адсорбционных насосов для этих целей было достигнуто благодаря использованию новых адсорбционных материалов— так называемых «молекулярных сит».