當含塵氣體由進氣管進入旋風除塵器時，氣流將由直線運動轉變為圓周運動，旋轉氣流的絕大部分延器壁呈螺旋形向下，朝椎體流動。通常稱為外旋氣流，含塵氣體在旋轉過程中產生離心力，將重度大于氣體的塵粒甩向器壁。塵粒一旦與器壁接觸，便失去慣性力而靠入口速度的動量和向下的重力延壁面下落，進入排灰管。旋轉下降的外旋氣流在到達椎體時，因椎體形狀的收縮而向除塵器中心靠攏。根據“旋轉矩”不變原理，其切向速度不斷增加。當氣流到達椎體下端某一位置時，即以同樣的旋轉方向從旋風除塵器中部，由下反轉而上，繼續做螺旋運動，即內旋氣流。最后凈化氣體經排氣管排除旋風除塵器外，一部分未被捕集的塵粒也由此遺失。

旋風除塵器的各個部件都有一定的尺寸比例，每一個比例關系的變動，都能影響旋風除塵器的效率和壓力損失，其中除塵器直徑、進氣口尺寸、排氣管直徑為主要影響因素。在使用時應注意，當超過某一界限時，有利因素也能轉化為不利因素。另外，有的因素對于提高除塵效率有利，但卻會增加壓力損失，因而對各因素的調整必須兼顧。

處于旋風除塵器外旋流的粉塵，在徑向同時受到兩種力的作用，一是由旋轉氣流的切向速度所產生的離心力，使粉塵受到向外的推移作用；另一個是由旋轉氣流的徑向速度所產生的向心力，使粉塵受到向內的推移作用。在內、外旋流的交界面上，如果切向速度產生的離心力大于徑向速度產生的向心力，則粉塵在慣性離心力的推動下向外壁移動，從而被分離出來；如果切向速度產生的離心力小于徑向速度產生的向心力，則粉塵在向心力的推動下進入內旋流，最后經排風管排出。如果切向速度產生的離心力等于徑向速度產生的向心力，即作用在粉塵顆粒上的外力等于零，從理論上講，粉塵應在交界面上不停地旋轉。實際上由于氣流處于紊流狀態及各種隨機因素的影響， 處于這種狀態的粉塵有50%的可能進入內旋流，有50%的可能向外壁移動，除塵效率應為50%。