真空助力器的工作原理主要基於大氣與真空之間的壓力差，以幫助駕駛員減輕踏板力。具體來說，真空助力器位於制動踏板與制動主缸之間，利用真空（負壓）來增加駕駛員踩剎車踏板的力量。當發動機開始工作且真空單向閥被吸開後，伺服氣室左右兩腔內都產生一定的真空度。
未踩下制動踏板時：推桿回位彈簧將推桿連同控制閥柱塞推到後極限位置，此時伺服氣室前後腔互相連通並與空氣隔絕，產生一定的真空度。
剛踩下制動踏板時：加力氣室尚未起作用，控制力推動推桿和控制閥柱塞左移，傳給制動主缸，使制動液流入制動輪缸。此時，閥門在彈簧作用下左移，隔斷通道A和B。
繼續踩下制動踏板：推桿繼續推動鉸連桿左移，外界空氣充入助力氣室的後腔，產生壓力差，推動主缸活塞增加制動壓力。
停止踩下制動踏板：膜片與閥座左移，直至閥門重新與大氣閥座接觸達到平衡狀態。
再次繼續踩下制動踏板：大氣閥打開，助力過程重複。
因此，真空助力器的工作本質上是依靠大氣與真空的壓力差來實現幫助駕駛員減輕踏板力。只要真空腔室不發生洩露，真空助力器基本工作正常。