液面控制器的工作原理主要基於液位高低的物理參數變化，實現對液位的自動監測與控制。液位控制原理通常可分為兩種：浮球式與壓阻式。浮球式控制器是將浮球與液面相接觸，通過浮球位置的判斷實現電路的開閉來控制水泵的啟停；而壓阻式液位控制器是在容器兩端通過安裝不同的壓力感測器，來實現對液位的監測與控制。
液面水位控制器的電路結構一般由電源，控制電路，電磁繼電器三部分組成。其中，電源為整個電路提供了電能，控制電路用於檢測液位及其變化，並控制電磁繼電器的開關狀態，實現對泵的啟停控制。電磁繼電器則是實現開關控制的機械部分，通過電磁鐵對機械開關的控制實現電路開閉。
當液位達到設定的上限後，液位控制器檢測到這一信號，將控制信號傳送給電磁繼電器。電磁繼電器被控制後會對機械開關進行操作，在機械開關接通的情況下，電路閉合，控制泵停止運行。當液位降至設定的下限時，液位控制器檢測到相應的信號，控制信號再次傳送給電磁繼電器，電磁繼電器對機械開關再次進行控制，電路打開，控制泵開始運行。
此外，還有一種電極式液位控制器，它用於像水等導電液體的液位測量控制，利用液體的導電性，當液面達到一定高度時控制器就會動作切斷電源。液面低於一定位置時接通電源使水泵工作，達到自動控制的作用。