只有通过在分子水平上检测不同真空程度的差异，才能领会实现和运用高真空（HV）、超高真空（UHV）和极高真空（XHV）是一项多么困难的工作。

在粗真空和中真空中，主要的气体来源是腔体出气或原有气体；而在HV和UHV中，气体主要由腔体表面气体脱附产生的放气所导致；在XHV中，气体主要来自腔体壁和用其他材料的气体渗透

XHV的压力范围通常大于10^-12mbar，UHV在10^-7到10^-12mbar之间，而HV则在10^-3到10^-7mbar之间。XHV与地球同步轨道卫星所处的真空水平相当；UHV是高能物理和核子研究（例如在CERN和KATRIN进行的研究）所必须达到的真空水平；HV则在工业和科学研究中用得比较多。

在HV、UHV和XHV条件下工作的几个关键注意事项都与系统设计有关，其中就包括所使用的材料。 此外，系统/腔室表面的状况也很重要，可以通过以下方法进行优化： 将真空室内表面的面积减到最小； 仅在腔体内部进行焊接； 使用具有低解吸/放气率的材料； 适当的材料预处理（例如电抛光）； 确保没有内部缝隙或被卡住的小空间（例如带螺纹的盲孔）； 减少密封件、馈通件等； 采用金属密封。

在HV、UHV和XHV的情况下，对减压（和真空保持）最重要的贡献是与除气有关的。除气是HV、UHV和XHV系统中的一个主要问题，是之前吸附的分子通过腔体向外扩散、渗透和蒸发而解吸的结果。

除气可能来自两个方面：表面和基体材料。通过为系统内部的所有部件选择蒸汽压低的材料（例如玻璃、不锈钢和陶瓷），可以最大限度地减少基体材料蒸发所导致的脱气。通常不被认为有吸气性的材料实际上会有很大的放气量，这些材料包括大部分塑料和某些金属，例如带有高透气性材料（比如钯，这是一种大容量的“氢气海绵”）衬里的容器，会产生其自己特有的放气问题。

许多常见材料由于蒸汽压力高或吸收性强，可能导致后续出现放气，或在面对压差时（例如通气时）出现高渗透性，所以即使真的需要使用这种材料，也要尽量少用。

大多数有机化合物都不能使用。虽然很多人理所当然地认为钢很合适，但实际情况不一定如此。由于碳钢的氧化作用大大增加了它的吸附面积，所以只能使用不锈钢。特别是无铅和低硫奥氏体钢号的钢，例如304不锈钢和316不锈钢，它们至少含有18%的铬和8%的镍。其他适合的不锈钢变种包括含有铌和钼等添加剂的不锈钢，这些添加剂可以减少碳化铬的形成。

虽然不同材料测量的出气率有很大差异，但这种出气率也受到泵的抽速、抽空腔室所需时间、系统温度和要达到的底压有关。 为了阐明在HV、UHV和XHV范围内放气的重要性，值得考虑的一点是，在10^-6mbar的压力下，附着在系统器壁上的每500个分子中，就有1个分子可以在系统内自由移动。这就凸显了这样一个事实：在这个水平上，压力是由系统表面的气体量决定的。这就解释了为什么在这种真空度下通常要使用表面分析设备。 最后，关于放气问题，必须澄清两个过程的区别：吸收和吸附。吸收是个物理或化学过程，通过该过程，一种物质进入另一种物质的内部，这两种物质通常是在不同相位（在这种情况下，气体分子会进入腔壁的固体材料内部）。而吸附则是气相的分子附着/临近在另一种物质（在本文所述的情况下指的是腔壁）的表面上。被吸附的分子只需简单地“解吸”即可，而被吸收的分子首先需要“扩散到表面”，然后再进行解吸。

通过给主泵配置预抽泵和前级泵，才能切实有效地达到HV、UHV和XHV的水平。 前级泵将压力降低到主泵可以工作的水平，不过，将不同类型的真空泵搭配起来以实现最佳性能并非易事。没有任何现成的抽气系统可以同时满足所有的应用、可能出现的情况和要求，因为有无数的影响因素需要考量。 选择哪种真空泵（包括前级泵和主泵）取决于很多因素，包括噪音/振动、成本（生产成本和维护成本）、对污染的耐受性、占地面积、抗冲击能力，等等。然而，并不存在一种理想的HV、UHV或XHV泵：每种类型的真空泵都有其自身的优势和劣势。 主要的前级泵包括：隔膜泵、涡旋泵、多级罗茨泵、螺杆泵。 能够达到HV、UHV和XHV的主泵包括：扩散泵、低温泵、吸气剂离子泵、钛升华泵、非蒸散型吸气泵、涡轮分子泵。

动量传输式真空泵（例如涡轮分子泵）具有许多优点：操作简单，维护量少，提供无碳氢化合物的操作环境，不需要再生，在HV、UHV和XHV范围内运行具有高抽速。 然而，涡轮分子泵并非没有缺点，包括：具有活动件意味着它们会产生振动和电噪声，对轻气体的抽速较低，对机械冲击/振动敏感，对异物进入敏感。 气体捕集泵（例如吸气剂离子泵）也有一系列优点：由于没有运动件，所以消除了振动和电噪声；捕集泵采用超过108灰度的耐辐射材料制造；如果移除磁铁，可以将烘烤温度升到450℃（长时间的高温烘烤对每一个HV、UHV和XHV系统都至关重要）；捕集泵几乎不需要维护。 不过，与其他类型的真空泵相比，吸气剂离子泵也有缺点：对惰性气体的抽气效率低；在HV、UHV和XHV范围内抽气速度下降；需要高电压和磁场；而且很重。 近年来，随着技术的进步，真空泵产品也在逐步“进化”，很大程度上避免或者减轻了此前产品的一些缺点。 超高真空涡轮分子泵使用了比永磁轴承耐振动和冲击能力更强的AFS悬浮支撑系统，采用特殊的弹性材料隔离转子与泵体，避免转子和轴承受到从泵体传来的冲击。并且，由于弹性材料的阻尼效应，可以吸收各种振动的能量，从而降低泵的噪音和振动，保证最佳的轴承工作条件，确保长时间工作的稳定性，延长泵的工作寿命。