油分离器的基本工作原理是利用油滴与制冷剂蒸气的密度不同，使混合气体流经直径较大的油分离器时突然扩大通道面积而使其流速降低。同时改变其流动方向或利用其他分油措施使润滑油沉降分离。对于蒸气状态的润滑油，可采用洗涤或冷却的方式降低温度使之凝结为油滴分离。有一些油分离器中则采用设置过滤层等方法增强分离润滑油的效果。
利用降低气流速度的办法使油滴自然沉降虽也可达到分离的目的，但只能分离出直径较大的油滴，又由于排气中小油滴和油蒸气占主要部分，因而分离效果很差。老式的干式油分离器即属于这种形式，现在已被淘汰很少使用。现在的油分离器除利用自然沉降作用之外还利用过滤作用、洗涤作用和离心作用等。
较常用的油分离器有洗涤式、离心式、填料式和过滤式等.分离器的形式随制冷量的大小和制冷剂种类而定。
