油分離器的基本工作原理是利用油滴與制冷劑蒸氣的密度不同，使混合氣體流經直徑較大的油分離器時突然擴大通道面積而使其流速降低。同時改變其流動方向或利用其他分油措施使潤滑油沉降分離。對于蒸氣狀態的潤滑油，可采用洗滌或冷卻的方式降低溫度使之凝結為油滴分離。有一些油分離器中則采用設置過濾層等方法增強分離潤滑油的效果。
利用降低氣流速度的辦法使油滴自然沉降雖也可達到分離的目的，但只能分離出直徑較大的油滴，又由于排氣中小油滴和油蒸氣占主要部分，因而分離效果很差。老式的干式油分離器即屬于這種形式，現在已被淘汰很少使用。現在的油分離器除利用自然沉降作用之外還利用過濾作用、洗滌作用和離心作用等。
較常用的油分離器有洗滌式、離心式、填料式和過濾式等.分離器的形式隨制冷量的大小和制冷劑種類而定。
