当气体流过空气过滤器时，其中的颗粒可以通过多种方式进行分离。对于那些颗粒大小超过过滤材料间隙的，它们可以通过机械方式被“筛选”出来。这个方法通常适用于大于1毫米的颗粒。同时，我们也发现，过滤材料纤维越细越密集，过滤效率也就越高。
那么对于小于1毫米的颗粒，如果采用纤维材料进行收集，就需要考虑以下三个物理特性：惯性嵌入、拦截以及扩散。惯性嵌入是针对相对较大的颗粒或高速气流，由于颗粒具有较大的惯性，它们会直接冲向纤维并与之发生碰撞。这种机制主要针对大于1微米的颗粒，且随着颗粒大小的增加，其重要性也随之增加。
拦截机制则是在颗粒随气流移动时发生，当颗粒的直径大于主流与纤维边界之间的距离时，颗粒就会被拦截。而由扩散引起的颗粒沉积是指那些非常小的颗粒，并非随主流流动，而是基于布朗运动在流体中随机移动。这个机制在处理较小颗粒和低气流速的应用中越来越重要。
实际上，空气过滤器的粒子分离能力是以上所有机制的组合效果，适用于不同大小的颗粒。但值得注意的是，现实中的每个空气过滤器都是一种简化版本，因为并没有哪种过滤器可以有效处理所有大小的颗粒。流速对不同粒径的分离能力的影响也并非决定性因素。一般来说，颗粒大小在0.1微米到0.2微米之间的微粒是最难被分离的。
综上所述，一款联合空气过滤器的总过滤效率应当是所有上述机制的效果总和。每种机制的重要性、适用的颗粒大小以及总效率在很大程度上都依赖于大气气溶胶的粒度分布、空气流速以及过滤介质的纤维直径分布。
空气过滤器还可以处理气溶胶中的油和水。这些物质的行为与其它颗粒类似，也可以使用凝聚型空气过滤器进行分离。在过滤器中，液态气溶胶会凝聚成较大的水滴，然后因为重力作用沉积到过滤器底部。如果需要分离含有油的水蒸气，空气过滤器需要配备适当的吸附材料，常用的是活性炭。
无论如何，所有的过滤过程都会不可避免地导致压力下降，这将在压缩空气系统中造成能量损失。那些具有密集结构的精密空气过滤器可能会导致更大的压力降，并可能更容易堵塞，这就需要更频繁地更换过滤器，从而增加维护成本。
考虑到颗粒总量以及水和油的存在，空气质量通常由ISO8573-1标准来定义。该标准是空气纯度的行业标准。为了降低在严格过程中空气污染的风险，建议只使用级别为0的压缩空气。此外，过滤器应当能够正常处理额定流量，并有足够的容量以应对一定量的堵塞引起的压力降低。
