自由浮球式疏水阀是利用阿基米德浮力原理，使浮球随体腔内液面的升降而升降，从而打开或关闭阀座排水孔形成排水阻汽动作。
当开始工作时，开启设在阀盖上的手动放气阀，大量的冷空气或不凝结气体在蒸汽和凝结水推动下排除体外后，关闭放气阀。这时疏水阀处于关闭状态，随着时间的延续流入阀内的凝结水逐渐增多，也就是说体腔内液面升高到浮力大于球体自身重量及阀口面积作用力时，球体浮起打开阀口，大量的凝结水迅速排往阀后。
在排水过程中，液面逐渐下降，由于体腔内压力分布不均匀，阀口处压力最低，使漂浮在液面的浮球受到不平衡的力，推动浮球向阀口浮动，直至到封闭阀口为止，此时体内底部支点顶住浮球，使浮球不能继续下降，排水停止。此时液面与阀口有一定距离，因此形成水封，阻止蒸汽逸漏。
