納米海綿的原理可以依據其套用領域不同而有所區別。在醫學領域，納米海綿的原理主要基於其能夠中和造孔毒素的能力。這些毒素是自然界中常見的蛋白質，由多種細菌分泌，也包括耐甲氧西林金黃色葡萄球菌等具有耐藥性的菌株。納米海綿通過模仿血紅細胞的結構，包裹在生物相容性聚合物納米粒子周圍的紅細胞膜，能夠吸收並中和這些有害蛋白，從而保護細胞不受毒素影響。
在清潔去污方面，納米海綿的原理則主要基於其高比表面積和多孔結構，能夠通過物理或化學吸附的方式固定污染物。其表面擁有大量微小孔洞和空隙，能夠吸附污漬分子，並通過縮小污漬分子的活動範圍使其失去活性。此外，納米海綿的靜電吸附原理也對其去污效果有重要貢獻，能夠形成大量的靜電場，吸附污垢併集中處理。
總的來說，納米海綿在醫學上通過模仿血紅細胞的結構來中和造孔毒素，而在清潔去污方面則通過其獨特的物理和化學吸附性質來去除污漬。