高压柱塞喷油泵是靠泵中的凸轮轴，带动柱塞在柱塞套中上下往复运动，产生高压油供给喷油器。

柱塞的圆柱面上加工有斜槽和直槽相互连通，轴向直槽直通柱塞顶。有的柱塞没有直槽，是在柱塞顶部钻一油孔与斜槽相通，构成泵腔。柱塞套上部钻有两个进油孔，当柱塞下降到这两个进油孔塞出柱塞顶面时，低压油便从这个进油孔往泵腔中进油。当柱塞向上运动时，已经进入泵腔中的油会从两个进油孔反流出一部分，当主代上升到柱塞顶面把两个进油孔封死时，往泵腔中充油才告结束。此时泵腔成了封闭腔。此后，柱塞还继续上升，腔内油压急剧升高，当高到足以克服出油阀弹簧压力时，出油阀被打开，高压油通过高压管供给喷油器。

当柱塞上升到柱塞上的斜槽与进油孔连通时，泵腔中的压力油流回低压腔，泵腔中的压力迅速下降，出油阀在弹簧作用下立即关闭，喷油泵立即停止供油。