柴油過濾器的工作原理主要是通過多種方式對柴油進行過濾和凈化。

首先，乳化的油品經過前級過濾器，能有效過濾雜質及顆粒，然后送入脫水過濾器。過濾組件中的聚結材料將油中微小水滴聚結成較大水珠，在重力和油液沖擊力作用下沉降到下部積水槽，由放水閥放出。同時，超膜分離濾材利用親油憎水性能，讓油液順暢通過，阻止水珠通過，實現脫水，還能過濾雜質和水分，提升柴油清潔度和使用性能。超膜濾材具有剛性結構，耐高壓，其孔隙呈三維結構，孔隙精度可控，濾芯可反復使用，正常工作壓力僅為 0.2 - 0.3Map，具有低壓差、大流量、高產能特點。

其次，待濾液經泵進入罐內，在壓力作用下，濾液中的固體雜質被不銹鋼濾網截留形成濾餅，澄清濾液透過濾網經濾嘴流出。隨著過濾時間增加，濾餅厚度增加，過濾阻力增大，罐內壓力升高，需排渣時，停止輸入待濾液，通入蒸汽吹干濾餅，打開蝶閥，啟動振動器振落濾餅排出。可根據濾液性質選用不同助濾劑，如活性白土、硅藻土、活性炭等，增加過濾精度。

再者，柴油顆粒過濾器通過表面和內部混合的過濾裝置捕捉顆粒，如擴散沉淀、慣性沉淀或者線性攔截，能凈化排氣中 70%至 90%的顆粒。其主要有顆粒過濾器空、滿和還原 3 個工作過程。空的狀態下，廢氣流動阻力低，不影響發動機工作。隨著炭煙顆粒增多，排氣阻力升高影響發動機，此時會進行清潔還原工作，燃燒掉炭煙顆粒實現再生。

最后，油水分離器工作時，含水原油進入過濾器，在重力作用下水流沿濾材表面流下或流入集水池，固體雜質被截留在濾芯上并隨水流排出。進水中雜質顆粒大于濾芯孔徑被攔截，凈化后水質可達飲用水衛生標準。