沉砂池的工作原理主要基於重力分離，其通過控制進水流速，使比重大的無機顆粒下沉，而有機懸浮顆粒則隨水流帶走。具體來說，當污水進入沉砂池後，水流速度會減緩，導致懸浮在水中的固體顆粒和污染物逐漸沉澱到池底，形成淤泥層。這些固體顆粒包括泥沙、污泥等。隨著時間的推移，較清亮的水會從沉砂池上部的出口流出，從而實現水的初步淨化。
為了保持沉砂池的有效運行，需要定期清理沉積在底部的淤泥，以防堵塞和對環境造成不良影響。此外，某些沉砂池設計還可能採用機械力控制水流流態與流速，如旋流沉砂池利用離心力與重力輔助去除沙粒和清洗沙粒表面的有機物。