Načelo delovanja strojev za vrtine temelji predvsem na principu vzvoda in atmosferskem tlaku. Bat se ročno poganja, da se giblje nazaj znotraj zaprte cevi, enosmerni-ventil pa nadzira smer pretoka vode in izkorišča razliko v tlaku za črpanje podtalnice.
Če za primer vzamemo navadno ročno črpalko, njena osnovna struktura vključuje ohišje vodnjaka, bat, ročaj (tlačna palica), odvodno cev in dva-smerna ventila (dovodni ventil in odvodni ventil). Delovni proces je naslednji:
Dvigovanje ročaja: Bat se premakne navzgor, poveča prostor znotraj ohišja vodnjaka in zmanjša zračni tlak ter ustvari območje nizkega{0}}tlaka. V tem času se spodnji dovodni ventil odpre s pritiskom vode v vodnjak in voda vstopi v ohišje vodnjaka z dna.
Pritisk ročaja: Bat se premakne navzdol, poveča tlak v ohišju vodnjaka, zapre vstopni ventil in prepreči povratni tok. Istočasno se voda v ohišju stisne, odpre izpustni ventil na batu in vstopi nad bat.
Ponavljajoče se delovanje: Z večkratnim pritiskanjem ročaja gor in dol se voda postopoma dvigne do odvodne cevi in končno izteče.
