離心分離機的作用原理有離心過濾和離心沈降兩種：
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。過濾型轉鼓圓周壁上有孔，在內壁襯以過濾介質。
②離心沈降：利用懸浮液(或乳濁液)密度不同的各組分在離心力場中迅速沈降分層的原理，實現液-固(或液-液)分離。沈降型轉鼓圓周壁無孔。圖3為4種典型的沈降型轉鼓。懸浮液（或乳濁液）加入轉鼓後，固體顆粒(或密度較大的液體)向轉鼓壁沈降，形成沈渣（或重分離液）。密度較小的液體向轉鼓中心方向聚集，流至溢流口排出,成為分離液（或輕分離液）。轉鼓均為間歇排渣，適用於含固體顆粒粒度較小、濃度較低的懸浮液或乳濁液分離；圖3b的轉鼓用螺旋連續排渣，可分離固體顆粒濃度較高的懸浮液。在具有多層圓錐形碟片的轉鼓中，液體被碟片分成若幹薄層，縮短了沈降分離的距離，使分離加快，改善了分離效果。
另壹類實驗分析用的分離機，可進行液體澄清和固體顆粒富集或液-液分離，分離粒度達0.1～0.5微米。常用的試管分離機(圖4)轉速為3000～20000轉/分,裝等量料液的玻璃試管對稱插入擺架或角形轉子的凹穴中，在離心力作用下料液在試管內沈降分層。超高速分析用分離機采用小直徑沈降轉鼓。這類分離機有常壓、真空、冷凍條件下操作的不同結構型式。