香皂的工作原理主要基於其化學成分和結構，以及它們與水相互作用的方式。
香皂的主要成分是高級脂肪酸的鈉鹽或鉀鹽，這些分子中包含一個憎水的烴基和一個親水的羧酸根。當香皂與水接觸時，其分子會重新排列，使得親水部分（羧酸根）指向水，而憎水部分（烴基）遠離水。這導致香皂分子在水中形成膠束，降低了水的表面張力。
當香皂與油污接觸時，憎水部分會插入油污中，而親水部分則朝向水面，形成穩定的乳濁液。這種乳濁液有助於將油污從其附著物（如纖維）中分離出來，並使油污更容易被水沖洗掉。
此外，香皂分子的特殊結構使其同時具有「親水基」和「親油基」。當肥皂溶解在水中時，「親油基」會被拉引向任何皮毛或纖維上的小塊灰塵、污垢，形成所謂的「微胞」。同時，「親水基」也會被水牽引，因為二者是連線在一起的。強大的「親水基」藉助水的力量，把已經減弱了、縮小了的「親油基」形成的「微胞」強行帶走，從而完成了清潔的過程。