二沉池的原理是基於水的重力和固液的比重特性，利用重力沉降的方式將廢水中的固體顆粒和懸浮物質分離出來。具體如下：
在二沉池中，污水從管道流入並慢慢向下流動，而污水和泥沙進入下層時速度減慢，這樣沉澱的固體物質會逐漸下沉，形成污泥，而清水則從上部流出。
二沉池還利用了分層沉澱和壓縮沉澱的原理，通過在池中注入殺菌劑或藥劑以加速顆粒物的沉澱。
二沉池通過提供足夠長的停留時間，使污水中的固體顆粒自然沉澱到池底部，並通過污泥回流系統將沉澱在底部的污泥回流到污水進水口，使固體顆粒再次與水混合，形成更大的團塊，然後進行第二次沉澱，達到更好的沉澱效果。