沉砂池的工作原理主要基於物理沉澱，通過控制水流速度和利用重力、慣性等力量，使水中懸浮的固體顆粒和污染物沉澱到池底，從而實現固液分離。具體來說，當污水通過進水口進入沉砂池後，水流速度的減緩使得密度較大的懸浮物開始沉澱下來，形成池底的泥沙層。在沉砂池中，較細的懸浮物沉澱在水面以下的一層，較大的懸浮物則沉澱在底部，形成泥沙層。澄清的水則從上部的出水口流出，經過進一步的處理後，可以用於再次利用。沉澱的泥沙通過池底的泥水泵或自流進泵井中，再通過砂漿泵輸送到污泥脫水機房進行脫水處理。
此外，沉砂池還包含一些特定的設計來增強其分離效果，如池底的傾斜度以便沉澱的泥沙能夠順利排出，以及配備的泥沙清理設備以便定期清理沉澱的污泥。