自動油水分離器的工作原理其實不復雜。

污水進入系統的過濾腔后，較大的固型物會先被過濾網筐分離出來，較小的雜質物則沉降在設備底部。

接著，進入油水分離腔，動植物脂肪和油脂會浮到水面表層，當浮于水面的油脂累計到一定量時會流到集油槽，再經排油閥流出，實現油水分離。寒冷環境下，為防止油脂凝結，可選配集油槽和排油閥加溫系統。

含油含渣廢水通過進水管進入固液分離區，像抹布、鋼絲球等大的固體殘渣能被螺旋除渣裝置或隔渣框分離，細小的食物殘渣在底部錐斗沉淀后二級排放。

經過固液分離的廢水進入油水分離區，這里有微氣泡發生裝置，能讓廢油快速在液面集結進入頂部錐型集油區，集油區有恒溫加熱裝置保持油脂液態，油位到一定高度可通過排油閥排入集油桶。

另外，廢水沿斜板向下流動，油珠沿斜板上表面聚向上流動浮于水面，溶解在水中的油經氣浮裝置吹到水面，再通過自動刮油機刮至接油槽。