其工作原理基于離心沉降。當含有固相顆粒的鉆井液在砂泵的作用下，以一定的壓力和速度沿旋流器內壁螺旋進入后，由于粗顆粒與細顆粒間存在粒度差和密度差，它們所受的離心力、向心浮力、流體曳力等大小不同。在離心力的強大作用下，密度較大、粒度較粗的固相顆粒（通常粒度大于 47 微米）被甩向旋流器壁面，并沿錐體螺旋下沉，終從底流口排出，落在下方的細目振動篩上進行再次分離。而其余的鉆井液，即含有較細顆粒和液相的介質，則沿旋流器螺旋上升，從溢流口流出，進入后續的第三級分離設備除泥器，作進一步的凈化處理。
這種獨特的工作方式，使得鉆井除砂器具有諸多優勢。一方面，它能夠地清除鉆井液中的有害固相顆粒，降低對后續設備的磨損，延長設備的使用壽命。另一方面，經過除砂處理的鉆井液性能得到穩定和改善，有助于更好地發揮冷卻鉆頭、攜帶巖屑、穩定井壁等功能，進而提高鉆井作業的效率和性。此外，一些先進的鉆井除砂器在設計上采用了模塊化結構，便于安裝、拆卸和維護，且占地面積小，可適應不同的作業場地和工況。