油水分離器主要工作原理是應用流體力學理論，在含油污水大流量不間斷同步（油水同速即相對紊流）流經的瞬間，油珠借助污水高速流動時的動能，連續碰撞，由小變大，由此加速運動，使不同比重的油與水分流、分層和分離，最終實現油水分離的目的。  原理主要是根據水和燃油的密度差，利用重力沉降原理去除雜質和水份的分離器，內部還有擴散錐，濾網等分離元件。

油水分離器或者是利用水與燃油的密度差，然后依靠地球引力場的作用使之發生相對運動，油液上升水分下降，從而就達到了油水分離的目的。而油水分離器按用途來分又分為工業級油水分離器、商用油水分離器和家庭油水分離器等幾種，而油水分離器主要應用于石化、燃油機車、污水處理等方面。

油水分離器的油水分離效果相當好，用途廣。