高压柱塞泵柱塞往复运动的总行程L恒定，这由凸轮的升程确定。每个柱塞周期的供油量取决于供油冲程。供油冲程是可变的，不受凸轮轴的控制。加油开始时间不随加油行程而变化，旋转柱塞可以改变燃料供应的结束时间，从而改变燃料供应量。柱塞泵工作时，注射泵凸轮轴上的凸轮和柱塞弹簧迫使柱塞上下往复运动以完成泵送任务。抽水过程可分为以下两个阶段。
1、进油过程
当凸轮的凸起部分转过去后，在弹簧力的作用下，柱塞向下运动，柱塞上部空间（称为泵油室）产生真空度，当柱塞上端面把柱塞套上的进油孔打开后，充满在油泵上体油道内的柴油经油孔进入泵油室，柱塞运动到下止点，进油结束。
2、回油过程
柱塞向上供油，当上行到柱塞上的斜槽（停供边）与套筒上的回油孔相通时，泵油室低压油路便与柱塞头部的中孔和径向孔及斜槽沟通，油压骤然下降，出油阀在弹簧力的作用下迅速关闭，停止供油。此后柱塞还要上行，当凸轮的凸起部分转过去后，在弹簧的作用下，柱塞又下行。此时便开始了下一个循环。
柱塞泵以一个柱塞为原理介绍，一个柱塞泵上有两个单向阀，并且方向相反，柱塞向一个方向运动时缸内出现负压，这时一个单向阀打开液体被吸入缸内，柱塞向另一个方向运动时，将液体压缩后另一个单向阀被打开，被吸入缸内的液体被排出。这种工作方式连续运动后就形成了连续供油。