油水分离器主要工作原理是应用流体力学理论，在含油污水大流量不间断同步（油水同速即相对紊流）流经的瞬间，油珠借助污水高速流动时的动能，连续碰撞，由小变大，由此加速运动，使不同比重的油与水分流、分层和分离，最终实现油水分离的目的。  原理主要是根据水和燃油的密度差，利用重力沉降原理去除杂质和水份的分离器，内部还有扩散锥，滤网等分离元件。

油水分离器或者是利用水与燃油的密度差，然后依靠地球引力场的作用使之发生相对运动，油液上升水分下降，从而就达到了油水分离的目的。而油水分离器按用途来分又分为工业级油水分离器、商用油水分离器和家庭油水分离器等几种，而油水分离器主要应用于石化、燃油机车、污水处理等方面。

油水分离器的油水分离效果相当好，用途广。