Máy sơn chân không bay hơi có cấu tạo chủ yếu là buồng chân không và hệ thống bơm chân không. Buồng chân không chứa nguồn bay hơi (tức là bộ gia nhiệt bay hơi), chất nền và giá đỡ chất nền, bộ gia nhiệt chất nền, nguồn điện, thuyền bay hơi và thanh điện cực. Hệ thống chân không bao gồm bơm thô, bơm trung gian, bơm tinh, ... bao gồm bơm cơ học, bơm rễ, bơm khuếch tán hoặc bơm phân tử.
Vật liệu phủ được đặt trong nguồn bay hơi trong buồng chân không. Trong điều kiện chân không cao, nguồn bay hơi được đốt nóng để làm bay hơi. Khi đường đi tự do trung bình của các phân tử hơi lớn hơn kích thước tuyến tính của buồng chân không, các nguyên tử và phân tử của hơi màng sẽ bay hơi khỏi nguồn bay hơi. Sau khi bề mặt nguồn thoát ra ngoài, nó rất ít khi bị va chạm và cản trở bởi các phân tử hoặc nguyên tử khác, và có thể tiếp cận trực tiếp với bề mặt của chất nền cần mạ. Do nhiệt độ thấp của chất nền, các hạt hơi của vật liệu làm phim sẽ ngưng tụ lại trên nó để tạo thành màng.
Để cải thiện độ bám dính giữa các phân tử bay hơi và chất nền, chất nền có thể được kích hoạt bằng cách làm nóng hoặc làm sạch bằng ion thích hợp. Quá trình vật lý của lớp phủ bay hơi chân không từ bay hơi, vận chuyển đến lắng đọng và hình thành màng như sau:
(1) Sử dụng các phương pháp khác nhau để chuyển đổi các dạng năng lượng khác thành nhiệt năng, đốt nóng vật liệu phim để bay hơi hoặc thăng hoa và trở thành các hạt thể khí (nguyên tử, phân tử hoặc nhóm nguyên tử) với một năng lượng nhất định (0,1 ~ 0,3eV):
(2) Các phần tử khí rời khỏi bề mặt của vật liệu màng và được vận chuyển đến bề mặt của chất nền theo đường thẳng với tốc độ chuyển động đáng kể mà không có va chạm;
(3) Các hạt ở thể khí đến bề mặt của chất nền sẽ ngưng tụ lại và tạo thành hạt nhân và phát triển thành một màng rắn;
(4) Các nguyên tử cấu thành màng mỏng được sắp xếp lại hoặc liên kết hóa học.
Máy sơn chân không hàng ngày sử dụng công nghệ bay hơi để phủ nhôm, magie florua, vàng, bạc, v.v., vì chúng có ưu điểm là nhiệt độ nóng chảy thấp, thuận tiện cho việc bay hơi và thăng hoa nhanh chóng.