多效蒸餾水機的工作原理是讓經充分預熱的純化水通過多級蒸發和冷凝，排除不凝氣體和雜質，從而獲得高純度的注射用水。多效蒸餾水機屬于塔式蒸餾水機在節能環保方面的升級產品，相比于塔式蒸餾水機，多效蒸餾水機溫度較高，有利于注射用水微生物繁殖的抑制，設備占地面積小，維護保養相對簡單，現已成為制藥行業注射用水主要的生產設備。
多效蒸餾水機通常由多個蒸發換熱器、分離裝置、預熱器、兩個冷凝器、閥門、儀表和控制部分等組成。由于在這個分段蒸發和冷凝過程當中，只有第一效蒸發器需要外部熱源加熱，經最后一效產生的純蒸汽和各效產生的注射用水的冷凝是外部卻介質來冷卻的，所以在能源節約方面效果非常明顯。
在多效蒸餾水機中，經過每效蒸發器產生的純化了的蒸汽都是用于加熱原水的純蒸汽，純蒸汽在加熱蒸發原水后經過相變冷凝成為注射水。常規多效蒸餾水機效數為3-8效，每效包括一個蒸發器，一個分離裝置和一個預熱器，效數越多、節能效果越好。在注射用水產量一定的情況下，要使蒸汽和冷卻水消耗量降低，就得增加效數，但這樣會增加投資成本，出于這方面的考慮，要選擇合適的效數，這需要藥廠購買購買方與生產廠家共同進行確定。
為防止系統發生交叉污染，多效蒸餾水機的第一蒸發器、全部的預熱器和冷凝器均采用雙端板管式設計。內管板與外管板采用目前國際上的雙脹接技術(圖5.3)，雙脹接技術屬于物理加工方法，通過脹管器將列管與管板進行連接固定，加工精度要求較高，可用于工作壓力不超過10bar的潔凈設備或系統中。因避免了焊接工藝，雙脹接法能很好地杜絕換熱器焊接所帶來的化學晶變腐蝕，從而換熱器發生泄漏的風險極低，極大地延長了多效蒸餾水機的使用壽命。
