钻进过程中，钻井液通过钻井泵由钻柱中心泵入井下，由钻头喷嘴喷出冲洗井底，并携带岩屑通过钻柱与井壁（或套管）环形空间返回地面，经过固控系统去除岩屑之后流到钻井液池。如果把钻井液视为钻机的“血液”，那么钻井泵就是循环“血液”获得动力的“心脏”。就如同人的心脏病了会有生命危险一样，在钻井过程中若钻井泵不能正常工作，钻井液不能维持循环，钻井就无法正常进行。
钻井泵一般为往复泵，按照缸数可以分为单缸泵、双缸泵、三缸泵、五缸泵等，按作用方式可分为单作用泵和双作用泵两种。最常用的钻井泵是三缸单作用卧式柱塞泵。钻井泵主要由曲轴、连杆、十字头、液缸、活塞、吸入阀、排出阀及空气包等组成，当动力机（电动机、柴油机）带动曲轴旋转时，柱塞向右边移动，在液缸内形成一定的真空度，钻井液罐中的钻井液在液面压力的作用下，推开吸入阀进入液缸，直到柱塞移动到最右侧，曲柄继续转动，柱塞开始向左边移动，液缸内钻井液受挤压，压力升高，吸入阀关闭，排出阀被推开，钻井液经排出阀排出进入管汇开始循环。曲柄连续旋转，每转一圈柱塞往复运动一次，每个液缸完成一次吸入排出过程。
钻井泵的参数主要有额定功率、额定冲速、冲程、缸径、排量等，以F－2200HL钻井泵为例，其额定功率为2200马力，额定冲速105冲/分钟，冲程356毫米，最大/最小缸套直径229毫米/130毫米，最大/最小排量78/25升/秒，最大排量额定压力19兆帕，最小缸套额定压力52．5兆帕。
钻井泵工作时，每个液缸在一个冲程中排出或吸入的瞬时流量，都近似按正弦规律变化，即使三个液缸交替工作，也达不到流量和压力均匀，而这种流量和压力的波动，将引起钻井泵和压力管线发生剧烈振动造成损坏，同时因压力波动还可能引起井下事故。为了消除钻井泵流量不均和压力波动，一般每台钻井泵都需要配一个空气包。
空气包是一种储能装置，其主要作用是平缓钻井液压力波动。空气包主要由壳体、胶囊、压板、压力表和截止阀组成。胶囊内一般充氮气或惰性气体，在没有氮气或惰性气体的情况下也可以用空气代替，充气压力为钻井泵最高工作压力的20％～30％。
随着钻井技术的发展，钻井越来越深，钻井泵也朝着大功率、长冲程、大缸径、高泵压的技术方向发展。钻井泵工作效率的高低直接影响到钻井的速度和进程，钻井泵的泵阀、活塞、缸套和密封元件，因长时间工作在含有固体颗粒的钻井液中，工作环境十分恶劣，是钻井泵中的易损件和薄弱环节，随着配件材料、质量和寿命的提高，钻井泵的工作效率也得到了很大的改善。