多效蒸馏水机的工作原理是让经充分预热的纯化水通过多级蒸发和冷凝，排除不凝气体和杂质，从而获得高纯度的注射用水。多效蒸馏水机属于塔式蒸馏水机在节能环保方面的升级产品，相比于塔式蒸馏水机，多效蒸馏水机温度较高，有利于注射用水微生物繁殖的抑制，设备占地面积小，维护保养相对简单，现已成为制药行业注射用水主要的生产设备。
多效蒸馏水机通常由多个蒸发换热器、分离装置、预热器、两个冷凝器、阀门、仪表和控制部分等组成。由于在这个分段蒸发和冷凝过程当中，只有效蒸发器需要外部热源加热，经后一效产生的纯蒸汽和各效产生的注射用水的冷凝是外部却介质来冷却的，所以在能源节约方面效果非常明显。
在多效蒸馏水机中，经过每效蒸发器产生的纯化了的蒸汽都是用于加热原水的纯蒸汽，纯蒸汽在加热蒸发原水后经过相变冷凝成为注射水。常规多效蒸馏水机效数为3-8效，每效包括一个蒸发器，一个分离装置和一个预热器，效数越多、节能效果越好。在注射用水产量一定的情况下，要使蒸汽和冷却水消耗量降低，就得增加效数，但这样会增加投资成本，出于这方面的考虑，要选择合适的效数，这需要药厂购买购买方与生产厂家共同进行确定。
为防止系统发生交叉污染，多效蒸馏水机的蒸发器、全部的预热器和冷凝器均采用双端板管式设计。内管板与外管板采用目前上的双胀接技术，双胀接技术属于物理加工方法，通过胀管器将列管与管板进行连接固定，加工精度要求较高，可用于工作压力不超过10bar的洁净设备或系统中。因避免了焊接工艺，双胀接法能很好地杜绝换热器焊接所带来的化学晶变腐蚀，从而换热器发生泄漏的风险极低，极大地延长了多效蒸馏水机的使用寿命。
