无菌取样阀主要分为气动组件、手柄、阀体、隔膜密封圈这几种部件。当处于关闭状态时，依靠弹簧张力推动阀芯，由阀芯将密封胶头压紧在阀体物料进口处，达到密封效果；如果需要取样时，从其中一个（一般是下方的）取样口通入蒸汽或其它杀菌介质，将整个样品室内充满并从另一个取样口导出，经过一定时间的作用后使样品室和取样口处于无菌状态。

然后通过进给空气或抬起手柄，收缩弹簧，放松阀芯，使得密封胶头从阀体物料进口处脱离，从而使样品从罐内经过样品室流出，并从取样口收集；取样完成后，关闭气源或放下手柄，放松弹簧，通过阀芯再次将密封胶头压紧在阀体物料进口处；通入洁净水将样品室内的残液排出，然后注入杀菌介质进行密封留存，待下一次取样。