其工作原理是：当压缩空气进入油水分离器后产生流向和速度的急剧变化，再依靠惯性作用，将密度比压缩空气大的油滴和水滴分离出来。如图所示为常见的撞击式和环形回转式油水分离器。压缩空气自入口进入分离器壳体后，气流先受隔板阻挡撞击折回向下，继而又回升向上，产生环形回转。这样使水滴和油滴在离心力和惯性力作用下，从空气中分离析出并沉降在壳体底部，定期打开底部阀门即可排出油滴水滴。经初步净化的空气从出口送往储气罐。
压缩空气油水分离器特点：1、除水效率高：可除去99%的液态水份（≥10um）
2、体积小、重量轻
3、安装方便，管道式连接、可悬挂安装没有可更换的运动部件，免维护、可靠性好寿命长：可使用20年安全可靠，按GB150压力容器标准设计、制造

4、可选配：自动排水器或手动排水器；液位计
5、可订购：各种不锈钢材料；高压或常压的气液分离器；蒸汽用汽液分离器等。
另一种气液分离系统. 内部采用不锈钢丝网聚结填料，壳体用钢制焊接罐体结构，一般使用压力0.1Mpa-2.5Mpa.其原理是利用旋风与不锈钢丝网捕雾的有机结合，同时采用直接拦截、惯性碰撞、布朗扩散及凝聚等机理，能有效的去除压缩空气中的尘、水、油雾。除水量、除油量大，适应工况范围广。
当含有水.油的压缩空气等气体通入油水分离器,大液滴在重力作用下落到油水分离器底部,雾状小液滴被丝网捕获凝结成大液滴落到油水分离器底部.夹带的的液体因此被分离出来。被分离出来的液体流入下部经人工打开阀门排出或者在下部装上空气排液阀排出体外，干燥清洁的气体从油水分离器出口排出。