空氣油水分離過濾器的工作原理是這樣的。

當含有大量油和水固體雜質的壓縮空氣進入過濾器后，會沿著其內壁旋轉而下，產生流向和速度的急劇變化，依靠離心作用，使密度比壓縮空氣大的油滴和水滴分離出來。

氣流先受隔板阻擋撞擊折回向下，繼而又回升向上，產生環形回轉，讓水滴和油滴在離心力和慣性力的作用下，從空氣中分離析出并沉降在殼體底部。

還有一種情況是，當含有水、油的壓縮空氣等氣體通入過濾器，大液滴在重力作用下落到過濾器底部，霧狀小液滴被絲網捕獲凝結成大液滴也落到過濾器底部，這樣夾帶的液體就被分離出來。

此外，過濾器內部的濾芯采用粗、細、超細三種纖維濾材折疊而成，氣體通過濾芯時，由于濾芯的阻擋，慣性碰撞以及分子間的范德華力、靜電吸引力和真空吸力而被牢牢粘附在濾材纖維上，并逐漸增大變成液滴，在重力作用下滴入分離器底部，由排污閥排出。