无菌取样阀的结构主要包括密封胶套、样品室、取样口、不锈钢顶针、弹簧、顶针套管、手动旋柄（自动无菌取样阀与手动的差别在于是否使用气动装置，其基本原理相同，正常情况无菌取样阀都配有合适尺寸的取样口封头）等。其基本工作原理为当处于关闭状态时，依靠弹簧张力或其它压力推动顶针，由顶针将密封胶头压紧在罐壁的开孔处，达到密封效果。如果需要取样时，从其中一个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。然后通过拧动旋柄，收缩弹簧，放松顶针，使得密封胶头从罐壁上的开孔处脱离，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，拧动旋柄，放松弹簧，通过顶针再次将密封胶头压紧在罐壁的开孔处。
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。无菌取样阀的应用点有冷麦汁、发酵液、酵母泥、脱氧水、清酒、无菌水等。从上面所述的使用原理来看，应该说在正常使用维护情况下，在生产现场大量使用专门的无菌取样阀无疑是为提高微生物管理控制水平而采取的有效手段之一。但在真正能够清楚认识无菌取样阀的作用和影响及使用维护等情况方面，应该说都还存在一定的不足——它可以提高样品取样的准确性，为样品性状做全面认识，但是也会由于操作上的点滴疏忽造成样品的污染而影响对结果的判断，甚至会由于维护管理上的不足而造成被取样介质的整体污染。现将曾经遇到过的几种情况加以举例并分析说明。第一，在管路上的应用。以麦汁管路上安装的无菌取样阀为例，早期遇到的情况是每次管路CIP后的第一批麦汁进行微生物检测时发现有污染，但第二、三批却不会，而且顶水的温度都较高，达到85℃以上，所有管路材质应选用不锈钢，全程无死角存在。充氧用的压缩空气经无菌膜过滤后检测也是无菌的。这就造成疑问，污染的微生物是从哪里来的呢？经过分析，将怀疑对象定在无菌取样阀上。麦汁作为酵母生长所需的富营养基质，具有比较高的糖分，在取样时，麦汁流经管壁上的开孔、样品室和取样口，取样结束后进行清洗时，样品室和取样口部分的残留可以很容易进行清除，但在密封胶头与管壁的接触部分却不容易被清除掉，至下一次取样杀菌时受热变粘就更难清除了，时间长了后就会形成卫生死角。在对无菌取样阀进行拆卸检查时的发现证实了上述的怀疑。
