水封井的原理主要基於利用介質密度不同或封隔區域內外壓力不同達到隔離目的。具體來說，水封井通過在井內注滿水，形成一定高度的水位，利用水的靜壓力來抵消地層壓力，保持平衡。這種平衡狀態可以防止油氣外溢，同時也能防止外部污染物和火災、爆炸等危險蔓延。
在水封井中，水位高度、地下水位和井下油氣壓力等參數之間存在一定的關係。當注入的水量較少時，可能會導致水位上升速度較慢，地層壓力依舊高，容易產生油氣洩漏。而當注入的水量過多時，井內水位過高可能會影響井下油氣的生產，甚至對井壁和油管造成損害。
此外，水封井還利用液體的重力作用和壓力作用來控制井底壓力。液體的密度和液柱的高度可以測算出泵入到油井的液量，從而有效控制井底壓力。在加油站水封井中，水封井內通入水並形成氣泡，利用水的密度大於油的密度來達到密封減少油氣揮發的效果，同時防止油氣外洩和外部污染物進入油罐內部。