油气混合物经进油管线进入分离器后，喷洒在挡油帽上(散油帽)，扩散后的油靠重力沿管壁下滑到分离器的下部，经排油管排出。同时，气体因密度小而上升，经分离伞集中向上改变流动方向，将气体中的小油滴粘附在伞壁上，聚集后附壁而下，脱油后的气体经分离器顶部出气管进入管线出气。

油气分离器是整个潜油电泵系统重要的组成部分之一，其作用首先是作为油气进入多级离心泵的吸入口；其次是当混气液体进入多级离心泵之前，通过分离器把游离气体从井液中分离出来，从而减少气体对潜油电泵工作特性的影响，预防离心泵产生气蚀、气锁，使多级离心泵能够正常工作。