屠狗洞的原理涉及到石灰岩洞中發生的化學反應和二氧化碳的物理性質。
石灰岩的主要成分是碳酸鈣，當它受到地下深處的熱量時會分解產生二氧化碳氣體。這個二氧化碳與地下水反應，生成可溶性的碳酸氫鈣。當含有碳酸氫鈣的地下水滲出地層時，由於壓力降低，碳酸氫鈣分解，再次釋放出二氧化碳。由於二氧化碳比空氣重，它聚集在地面附近形成一定高度的二氧化碳層。
當人進入洞中，由於二氧化碳層只能淹沒到膝蓋，他們只會感到輕微的不適。然而，處於低位的狗卻會完全淹沒在這個二氧化碳層中，因缺乏氧氣而窒息死亡。這就是所謂的「屠狗洞」現象。