離心分離機的工作原理包括離心過濾和離心沈澱；
①離心過濾:懸浮液在離心力場下產生的離心壓力作用在過濾介質(濾網或濾布)上，使液體通過過濾介質成為濾液；而固體顆粒被截留在過濾介質表面形成濾渣，從而實現液固分離。濾筒的圓周壁上有孔，內壁襯有過濾介質。
②離心沈降:液-固(或液-液)分離是利用懸浮液(或乳液)中不同密度的組分在離心場中快速沈降分層的原理實現的。沈降鼓的圓周壁沒有孔。圖3顯示了四個典型的沈降罐。懸浮液(或乳液)加入轉鼓後，固體顆粒(或密度高的液體)沈降到轉鼓壁上，形成沈澱物(或重分離液)。密度較低的液體向轉鼓中心聚集，流向溢流口，排出成為分離液(或輕分離液)。轉鼓是間歇排渣，適用於粒徑小、固體顆粒濃度低的懸浮液或乳液的分離；圖3b中的滾筒使用螺旋連續排渣來分離具有高固體顆粒濃度的懸浮液。在具有多層錐形圓盤的轉鼓中，液體被圓盤分成幾個薄層，縮短了沈降和分離的距離，加速了分離，提高了分離效果。
另壹種用於實驗分析的分離器可用於液體澄清、固體顆粒富集或液液分離，分離粒徑可達0.1 ~ 0.5微米。常用的試管分離器(圖4)以3000 ~ 20000轉/分的轉速旋轉，將裝有等量料液的玻璃試管對稱插入擺架或角轉子的凹槽內，料液在離心力的作用下在試管內沈降分層。用於超高速分析的分離器采用小直徑沈降鼓。這種分離器有不同的結構類型，可在常壓、真空和冷凍條件下工作。