油分離器的工作原理是將制冷壓縮機排出的高壓蒸汽中的潤滑油進行分離，保證裝置安全高效運行。

壓縮機出來的高壓氣體，包含氣態工質和潤滑油，進入油分離器后，比如進入導向葉，沿導向葉呈螺旋狀流動，靠離心力和重力，將潤滑油從工質氣體中分離出來，潤滑油沿筒體的內壁流下，工質氣體經多孔擋板由中心的管子引出。

在蒸汽壓縮式制冷系統中，經壓縮后的蒸汽處于高壓高溫的過熱狀態，排出時流速快、溫度高，汽缸壁上的部分潤滑油會成油蒸汽及油滴微粒與制冷劑蒸汽一同排出。

當帶有油霧的混合氣體流經直徑較大的油氣分離器，流通截面突然擴大，速度降低，流動方向改變，液態油滴落到容器底部，與制冷劑蒸氣分離。

對于過濾式油分離器，壓縮機排出的高壓制冷劑氣體進入分離器后，由于過流截面較大，氣體流速突然降低并改變方向，加上進氣時幾層金屬絲網的過濾作用，潤滑油被分離出來并下滴落聚集在容器底部。

洗滌式油分離器用于氨制冷裝置，壓縮機的排氣從頂部管子直接進入氨液中，經氨液洗滌使氨氣中的油滴分離后由上部側面的管子引出進入冷凝器中，潤滑油的分離依靠減速、改變流向及氨液的洗滌、冷卻作用。

油分離器底部積聚的潤滑油達到一定高度時，浮球抬起，閥門打開，潤滑油在吸、排氣壓差的作用下，進入壓縮機的曲軸箱。油位下降到一定位置時，浮球下落，閥門關閉，回油過程結束。