沉澱池的工作原理主要基於水流中的懸浮雜質顆粒在重力作用下向下沉澱，當沉澱速度大於水流流動速度，或沉澱時間小於水流流出沉澱池的時間時，這些顆粒能夠與水流分離，從而實現水的淨化。
在沉澱池中，水流中的懸浮物通過自然沉澱或混凝沉澱被去除。沉澱池中的水流和沉澱時間被精心控制，以提高處理效率。具體來說，污水通過進水口進入沉澱池，然後在沉澱區內，通過重力作用實現固液分離。沉澱下來的污泥在污泥區內貯存、濃縮和排出，而經過處理的水則通過出水區排出沉澱池。
理想情況下，沉澱池的處理效率僅與表面負荷有關，即與沉澱池的表面積有關，而與深度無關。但實際上，由於水流的上升流速，只有沉澱速度大於上升流速的顆粒才能在池中沉澱下去。因此，沉澱顆粒在沉澱池中沉澱到池底的時間與水流在沉澱池的水力停留時間有關，即與池體的深度有關。
此外，為了防止已沉澱下去的污泥受到進水水流的擾動而重新浮起，沉澱區和污泥貯存區之間設有緩衝區，以確保沉澱顆粒不會因水流攪動而再次懸浮。